开关频率的注意事项

开关模式电源的开关频率可以是固定的、可调的或与外部时钟同步的。开关频率的值决定了物理尺寸，从而决定了电源电容和电感器的成本。有一种趋势是更高的开关频率，以便设计紧凑和低成本的电路。

开关稳压器IC中的内置振荡器通常在其数据手册中指定用于非常宽的频率范围。例如，单芯片ADP2386降压转换器IC保证为设定开关频率的±10%。其他常见的开关稳压器IC的额定值为±20%甚至更高。考虑到ADP2386开关频率的分量变化±10%，将RT设置为600 kHz开关频率的ADP2386可以在540 kHz和660 kHz极端情况下切换。

图1.ADP2386降压转换器，其开关频率由电阻RT设置。

在设计电路时，必须考虑总共20%的开关频率变化，因为电感两端的峰值电流因实际开关频率而异。因此，电感电流纹波对输出电压纹波有直接影响。

图2显示了开关频率对电感电流纹波的影响。600 kHz的标称开关频率以蓝色显示。最小 （540 kHz） 开关频率以紫色显示，最大 （660 kHz） 以绿色显示。在600 kHz的标称设置下，当稳压器以540 kHz切换时，我们看到峰峰值电流纹波为1.27 A。但是，在600 kHz的相同频率设置下，开关稳压器也可以以660 kHz的频率切换，这对应于1.05 A的电流纹波。在本例中，由于电路中不同元件的开关频率变化，可能导致220 mA的线圈电流纹波差。这是在整个允许的温度范围内。

图2.线圈电流纹波峰间峰值受开关频率变化的影响。

开关稳压器的电流限制设置必须与这种效果相协调。峰值电流必须足够低，以确保在正常工作期间不会激活任何现有的过流保护。

请注意，本例中未考虑所有其他可能发生的变化，例如电感和电容值的变化。

对于输出电压纹波，电流纹波的相应变化得出图3所示值。该电路的设计使得在600 kHz开关频率下产生4.41 mV的电压纹波。开关频率为540 kHz时，电压纹波为5.45 mV;在660 kHz时，可以看到3.66 mV的电压纹波。

图3.开关模式稳压器IC中开关频率变化引起的输出电压纹波变化。

在本例中，唯一考虑的元件变化是允许温度范围内的开关频率变化。实际上，还有许多其他变量，例如电感和电容器的实际值的变化。这些也受到工作温度的影响。但是，也可以假设，在大多数情况下，开关频率的实际变化不会达到±10%的极限值。通常，该行为将出现在指定范围中间的典型值周围。为了系统地考虑电源中的所有动态变量，蒙特卡罗分析提供了答案。在这里，不同组件和变量参数的变化根据其发生概率进行加权并相互关联。

审核编辑：郭婷