詳解開關(guān)電源調(diào)節(jié)頻率被限制的原因-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-06-17
對于開關(guān)電源，在實際應(yīng)用中，不是給個驅(qū)動就開，拿掉驅(qū)動就關(guān)掉，有接通延遲時間(tdon)，上升時間(tr)，關(guān)斷延遲時間(tdoff)和下降時間tf。
相應(yīng)的波形為：
當(dāng)然，隨著器件的進步，開關(guān)管開關(guān)速度會變得越來越快，特別是在低電壓和低功率應(yīng)用中。僅考慮設(shè)備本身的開關(guān)速度，開關(guān)頻率可能會很高，但實際并沒有，有開關(guān)損耗的限制。
可以看出，每當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，開關(guān)管DS的電壓(Vds)與流過開關(guān)管(Id)的電流之間就會有重疊時間，從而導(dǎo)致導(dǎo)通損耗和導(dǎo)通，關(guān)掉也是這個樣子。
假設(shè)由開關(guān)管中的每個開關(guān)產(chǎn)生的能量損耗(以Esw表示)是確定的，則開關(guān)管中的開關(guān)功率損耗為Psw = Esw * fs。顯然，開關(guān)頻率越高，開關(guān)損耗越大。
開關(guān)頻率為5M時的開關(guān)損耗是500K開關(guān)損耗的10倍，這對于注重效率的開關(guān)電源顯然是不可接受的。因此，開關(guān)損耗是限制開關(guān)頻率的第二個因素。
繞組的趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)。在變壓器的高頻運行中，影響更為嚴重。使得繞組的渦流損耗增加。開關(guān)頻率越高，繞組匝數(shù)越少。
相應(yīng)繞組的交流阻抗會更高，但是繞組的長度會更短。問題似乎沒有那么大。諧振半橋應(yīng)用通常選擇200KHZ的頻率。因此，磁性成分的體積和損耗在更好的范圍內(nèi)。
軟開關(guān)無疑是解決開關(guān)損耗的有效方法。關(guān)于軟交換的各種論文已經(jīng)提出了許多令人眼花繚亂的軟開關(guān)方案。軟開關(guān)似乎可以解決所有問題。但是，實際的工程應(yīng)用不同于理論分析。
實際的工程目標是低成本，高效率和高可靠性。在實際工程中，需要添加大量輔助電路或非常精確的控制的軟開關(guān)方法不是很好。由于它是樂觀的，因此業(yè)界最常用的軟開關(guān)拓撲仍然只需要移相全橋和一些諧振拓撲(例如LLC)。
關(guān)于提到的反激，但是即使有類似的解決方案，需要考慮以上一些問題，以確定它們是否適用于實際工程。
假設(shè)已經(jīng)解決了上述問題，則必須解決一系列工程問題才能實現(xiàn)高頻。例如，在高頻下，電路的寄生參數(shù)通常會嚴重影響電源的性能，例如變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)。
寄生電容，變壓器漏感，PCB布線之間的寄生電感和寄生電容等)，如何通過在一系列電壓和電流波形中甚至是寄生參數(shù)引起振動和EMI問題來消除寄生參數(shù)的影響電路服務(wù)是所有要研究的問題。
EMI與開關(guān)頻率沒有線性關(guān)系。在某些開關(guān)頻率下，EMI濾波器的轉(zhuǎn)折頻率較高，但總體趨勢是，開關(guān)頻率越高，EMI體積越小。開關(guān)頻率越高，功率密度越高。
在此階段真正阻礙功率密度提高的因素是散熱系統(tǒng)，電磁設(shè)計(包括EMI濾波器和變壓器)和功率集成技術(shù)。仔細選擇開關(guān)頻率，開關(guān)頻率對整個變速器的功率密度有很大影響，并且不同的設(shè)備和拓撲，最佳開關(guān)頻率也是隨之變化的。
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