開關電源產品在市場的應用主導下
，日趨要求小型、輕量、高效率、低輻射
、低成本等特點滿足各種電子終端設備，為了滿足現在電子終端設備的便攜式
，必須使開關電源體積小、重量輕的特點
，因此，提高開關電源的工作頻率
，成為設計者越來越關注的問題，然而製約開關電源頻率提升的因素是什麼呢？

 

 

 

a
、開關速度

 

MOS管的損耗由開關損耗和驅動損耗組成
，如圖1所示：開通延遲時間td(on)、上升時間tr、關斷延遲時間td(off)、下降時間tf。

 

圖1

 

以FAIRCHILD公司的MOS為例
，如表1所示：FDD8880開關時間特性表。

 

表1

 

對於這個MOS管

，它的極限開關頻率為：fs= 1/(td(on)+ tr+ td(off)+ tf) Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns) =5.9MHz，在實際設計中，由於控製開關占空比實現調壓，所以開關管的導通與截止不可能瞬間完成
，即開關的實際極限開關頻率遠小於5.9MHz
，所以開關管本身的開關速度限製了開關頻率提高。

 

b、開關損耗

 

開關導通時對應的波形圖如圖2(A)，開關截止時對應的波形圖如圖2(B)，可以看到開關管每次導通、截止時開關管VDS電壓和流過開關管的電流ID存在交疊的時間(圖中黃色陰影位置)，從而造成損耗P1，那麼在開關頻率fs工作狀態下總損耗PS= P1 *fs，即開關頻率提高時，開關導通與截止的次數越多，損耗也越大。

 

圖2

 

總結：開關速度、開關損耗是限製開關頻率的兩個因素。

 

 

變壓器的鐵損主要由變壓器渦流損耗產生，如圖3所示，給線圈加載高頻電流時，在導體內和導體外產生了變化的磁場垂直於電流方向(圖中1→2→3和4→5→6)。根據電磁感應定律，變化的磁場會在導體內部產生感應電動勢，此電動勢在導體內整個長度方向(L麵和N麵)產生渦流(a→b→c→a和d→e→f→d)，則主電流和渦流在導體表麵加強
，電流趨於表麵
，那麼
，導線的有效交流截麵積減少，導致導體交流電阻(渦流損耗係數)增大
，損耗加大。

 

圖3

 

如圖4所示，變壓器鐵損是和開關頻率的kfcifangchengzhengbi，youyucixingwendudexianzhiyouguan，suoyisuizhekaiguanpinlvdetigao，gaopindianliuzaixianquanzhongliutongchanshengyanzhongdegaopinxiaoying，congerjiangdilebianyaqidezhuanhuanxiaolv，daozhibianyaqiwenshenggao，congerxianzhikaiguanpinlvtigao。

 

圖4

 

 

jiasheshangshudegonglvqijiansunhaojiejuele
，zhenzhengzuodaogaopinhaixuyaojiejueyixiliegongchengwenti，yinweizaigaopinxia，dianganyijingbushiwomenshuxidediangan
，dianrongyebushiwomenyizhidedianrongle
，suoyoudejishengcanshudouhuichanshengxiangyingdejishengxiaoying
，yanzhongyingxiangdianyuandexingneng，rubianyaqiyuanfubiandejishengdianrong
、變壓器漏感，PCB布線間的寄生電感和寄生電容
，會造成一係列電壓電流波形振蕩和EMI問題

，同時對開關管的電壓應力也是一個考驗。

 

要提高開關電源產品的功率密度
，首先考慮的是提高其開關頻率，能有效減小變壓器、濾波電感、電容的體積
，但麵臨的是由開關頻率引起的損耗，而導致溫升散熱設計難，頻率的提高也會導致驅動、EMI等一係列工程問題。