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解析开关频率的提高受限于哪些因素
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2017-11-10
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开关电源产品日趋要求小型、轻量、高效率、低辐射、低成本等特点，增大开关电源产品的功率密度，可以通过提高其工作频率来实现，但高频化产品会产生一系列工程问题，从而限制了开关频率的提升。
开关电源产品在市场的应用主导下，日趋要求小型、轻量、高效率、低辐射、低成本等特点满足各种电子终端设备，为了满足现在电子终端设备的便携式，必须使开关电源体积小、重量轻的特点，因此，提高开关电源的工作频率，成为设计者越来越关注的问题，然而制约开关电源频率提升的因素是什么呢？
一、开关频率的提高，功率器件的损耗增大
1、开关管限制开关频率的因素有哪些？
a、开关速度
MOS管的损耗由开关损耗和驱动损耗组成，如图1所示：开通延迟时间td（on）、上升时间tr、关断延迟时间td（off）、下降时间tf。
图1
以FAIRCHILD公司的MOS为例，如表1所示：FDD8880开关时间特性表。
表1
对于这个MOS管，它的极限开关频率为：fs= 1/（td（on）+ tr+ td（off）+ tf） Hz=1/（8ns+91ns+38ns+32ns） =5.9MHz，在实际设计中，由于控制开关占空比实现调压，所以开关管的导通与截止不可能瞬间完成，即开关的实际极限开关频率远小于5.9MHz，所以开关管本身的开关速度限制了开关频率提高。
b、开关损耗
开关导通时对应的波形图如图2（A），开关截止时对应的波形图如图2（B），可以看到开关管每次导通、截止时开关管VDS电压和流过开关管的电流ID存在交叠的时间（图中黄色阴影位置），从而造成损耗P1，那么在开关频率fs工作状态下总损耗PS= P1 *fs，即开关频率提高时，开关导通与截止的次数越多，损耗也越大。
开关电源产品在市场的应用主导下，日趋要求小型、轻量、高效率、低辐射、低成本等特点满足各种电子终端设备，为了满足现在电子终端设备的便携式，必须使开关电源体积小、重量轻的特点，因此，提高开关电源的工作频率，成为设计者越来越关注的问题，然而制约开关电源频率提升的因素是什么呢？
一、开关频率的提高，功率器件的损耗增大
1、开关管限制开关频率的因素有哪些？
a、开关速度
MOS管的损耗由开关损耗和驱动损耗组成，如图1所示：开通延迟时间td（on）、上升时间tr、关断延迟时间td（off）、下降时间tf。
图1
以FAIRCHILD公司的MOS为例，如表1所示：FDD8880开关时间特性表。
表1
对于这个MOS管，它的极限开关频率为：fs= 1/（td（on）+ tr+ td（off）+ tf） Hz=1/（8ns+91ns+38ns+32ns） =5.9MHz，在实际设计中，由于控制开关占空比实现调压，所以开关管的导通与截止不可能瞬间完成，即开关的实际极限开关频率远小于5.9MHz，所以开关管本身的开关速度限制了开关频率提高。
b、开关损耗
开关导通时对应的波形图如图2（A），开关截止时对应的波形图如图2（B），可以看到开关管每次导通、截止时开关管VDS电压和流过开关管的电流ID存在交叠的时间（图中黄色阴影位置），从而造成损耗P1，那么在开关频率fs工作状态下总损耗PS= P1 *fs，即开关频率提高时，开关导通与截止的次数越多，损耗也越大。
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