为您的电源选择最佳的工作频率是一个复杂的权衡过程,其中包括尺寸、效率以及成本。通常来说,低频率设计往往是最为高效的,但是其尺寸最大且成本也最高。虽然调高频率可以缩小尺寸并降低成本,但会增加电路损耗。接下来,我们使用一款简单的降压电源来描述这些权衡过程。
我们以滤波器组件作为开始。这些组件占据了电源体积的大部分,同时滤波器的尺寸同工作频率成反比关系。另一方面,每一次开关转换都会伴有能量损耗;工作频率越高,开关损耗就越高,同时效率也就越低。其次,较高的频率运行通常意味着可以使用较小的组件值。因此,更高频率运行能够带来极大的成本节约。
图1.1显示的是降压电源频率与体积的关系。频率为100kHz时,电感占据了电源体积的大部分(深蓝色区域)。如果我们假设电感体积与其能量相关,那么其体积缩小将与频率成正比例关系。由于某种频率下电感的磁芯损耗会极大增高并限制尺寸的进一步缩小,因此在此情况下上述假设就不容乐观了。如果该设计使用陶瓷电容,那么输出电容体积(褐色区域)便会随频率缩小,即所需电容降低。另一方面,之所以通常会选用输入电容,是因为其具有纹波电流额定值。该额定值不会随频率而明显变化,因此其体积(黄色区域)往往可以保持恒定。另外,电源的半导体部分不会随频率而变化。这样,由于低频开关,无源器件会占据电源体积的大部分。当我们转到高工作频率时,半导体(即半导体体积,淡蓝色区域)开始占据较大的空间比例。
图1.1电源组件体积主要由半导体占据
该曲线图显示半导体体积本质上并未随频率而变化,而这一关系可能过于简单化。与半导体相关的损耗主要有两类:传导损耗和开关损耗。同步降压转换器中的传导损耗与MOSFET的裸片面积成反比关系。MOSFET面积越大,其电阻和传导损耗就越低。
开关损耗与MOSFET开关的速度以及MOSFET具有多少输入和输出电容有关。这些都与器件尺寸的大小相关。大体积器件具有较慢的开关速度以及更多的电容。图1.2显示了两种不同工作频率(F)的关系。传导损耗(Pcon)与工作频率无关,而开关损耗(PswF1和PswF2)与工作频率成正比例关系。因此更高的工作频率(PswF2)会产生更高的开关损耗。当开关损耗和传导损耗相等时,每种工作频率的总损耗最低。另外,随着工作频率提高,总损耗将更高。
图1.2提高工作频率会导致更高的总体损耗
但是,在更高的工作频率下,最佳裸片面积较小,从而带来成本节约。实际上,在低频率下,通过调整裸片面积来最小化损耗会带来极高成本的设计。但是,转到更高工作频率后,我们就可以优化裸片面积来降低损耗,从而缩小电源的半导体体积。这样做的缺点是,如果我们不改进半导体技术,那么电源效率将会降低。
如前所述,更高的工作频率可缩小电感体积;所需的内层芯板会减少。更高频率还可降低对于输出电容的要求。有了陶瓷电容,我们就可以使用更低的电容值或更少的电容。这有助于缩小半导体裸片面积,进而降低成本。
关键字:开关电源 设计秘诀
编辑:探路者 引用地址:开关电源设计秘诀
推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:43
以超低电感器 DCR 采样的电流模式开关电源
当电流模式开关电源与电压模式开关电源相比时,前者有几种优势: (1) 高可靠性,具快速、逐周期电流采样和保护能力; (2) 简单和可靠的环路补偿,全部用陶瓷输出电容器就可稳定; (3) 在大电流多相 (PolyPhase®) 电源中易于实现准确的均流。在大电流应用中,电流采样组件中的功率损耗是一个令人担忧的问题,因此采样组件的电阻必须尽可能低。问题是低电阻采样组件会使信噪比降低,因此在大电流和高密度应用中,开关抖动就成了问题。
凌力尔特的 LTC3866 就解决了这个问题,使用该器件可以建立可靠和电流采样电阻 0.5mΩ 的电流模式开关电源。这款单相同步降压型控制器用内置栅极驱动器驱动所有 N 沟道电源 MOSFET 开关。该
[电源管理]
高频开关电源的干扰问题及解决途径
随着电源技术的发展,高频开关电源控制从最初的模拟电路逐渐发展到微处理器、 DSP 等高集成度的控制器件,这些器件体积小、精密度高,但开关电源内的电磁干扰、辐射相对其他通讯设备工作环境更强,这对辅助电源提出了更高的要求。本文对高频开关电源内辅助电源的工作特性和波形加以阐述,并着重根据实验资料来分析高频开关电源设计中应注意的问题和参数的选择。
一、高频开关电源的干扰问题
在目前的智慧开关电源中,都有机内微处理器或 DSP ,作机内监控和通讯之用。微处理芯片对供电电源要求很高,要求幅值相当稳定,更不能带有较大尖峰毛刺,造成电磁干扰,而且要求辅助电源的交流适应能力比整流器正常工作的范围更广。 当整流器接上交流输入电时
[电源管理]
开关电源输出电压高的检修技巧
1、影响开关 电源 输出电压高的原因 ⑴ 发对局有倍压整流的机型,在市电正常的情况下错误工作于倍压整流状态(只使用于部分新型遥控彩色电视机)。 ⑵ 脉宽调制电路问题。 ⑶ 振荡电容容量下降 。 ⑷ 主负载(行扫描电路)未工作造成开关电源负载变轻引起输出电压升高。(仅适用于稳压调整环路间接取样的电源,即稳压取样不是直接取自B+输出)。 2、故障判断的方法与检修步骤 ⑴ 判断整流滤波电路是否工作在倍压整流状态的方法:测开关管集电极电压,若比交流供电电压高出1.4倍以上,可判断开关电源输出电压高系开关管集电极电压高所致。应对倍压整流电路进行检查。对于电网电压比较正常的地区,可以拆除倍压整流滤波电路,降低电源故
[电源管理]
开关电源测量的经验总结
电子器件的电源测量通常情况是指开关电源的测量(当然还有线性电源)。讲述开关电源的资料非常多,本文讨论的内容为PWM开关电源,而且仅仅是作为测试经验的总结,为大家简述容易引起系统失效的一些因素。因此,在阅读本文之前,已经假定您对于开关电源有一定的了解。
1 开关电源简述
开关电源(Switching Mode Power Supply,常常简化为SMPS),是一种高频电能转换装置。其功能是将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。
开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离,分为隔离及非隔离变换器。非隔离即输入端与输出端相通,没有隔离措施,常见的DC/DC变换器大
[电源管理]
基于StackFET技术的三相输入3W开关电源硬件电路图
下图是采用StackFET技术的三相输入3W 开关电源硬件电路图
该电路的工作方式如下:电路的输入端电流可以来自三相三线或四线系统,甚至来自单相系统。三相整流器由二极管 D1-D8 构成。电阻 R1-R4 可以提供浪涌电流限制。如果使用可熔电阻,这些电阻便可在故障期间安全断开,无需单独配备保险丝。pi 滤波器由 C5、C6、C7、C8 和 L1 构成,可以过滤整流直流电压。
图 三相输入3W 开关电源硬件电路
[电源管理]
降低LED照明开关电源待机功耗方法的探讨
介绍
与普通光源相比,LED灯具有效率高、环保和使用寿命长的特性,因而它们正在成为降低室内和外部照明能耗的主选解决方案。设计用于照明供电的开关电源也应该具有高效率,以便顺应LED灯的节能特性。除了在正常工作过程中具有高功率转换效率之外,开关电源的待机功耗也成为LED业界的普遍关注焦点。在 不远的将来,待机功耗有望调整到1W甚至300mW以下。然而,在LED照明应用中,专用于待机电源的辅助功率级并不适用,主要是因为照明应用在工作期间 不存在待机条件。但是,为灯泡供电的开关电源即便在没有灯或者灯已损坏的条件下仍然与电网连接并吸取能量。这是在照明应用中关心待机功率水平的主要原因。
在空的办公楼中,待机功耗特
[电源管理]
关于开关电源设计中的经典问答题
如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数? 很多未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理,比如担心开关电源的干扰问题,PCB layout问题,元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了,使用开关电源设计还是非常方便的。 一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分,有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去,这样使用就更简单了,也简化了PCB设计,但是设计的灵活性就减少了一些。 开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统,所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路,还有来控制反馈深度,因为如果反馈环响应过慢的话,对瞬态响应能力是会有很大
[电源管理]
开关电源技术的最新进展
随着对节能技术的呼声越来越高,随着电子设备小型化的要求,随着对环境保护的更高要求,开关电源技术也在飞速地发展着.更高效率,更小体积,更少电磁污染,更可靠地工作的开关电源几乎每个月都在推陈出新.本文旨在对近两年来开关电源突出的技术进步加以介绍,具体有以下几个方面: 1 同步整流技术 自从20 世纪90 年代末期同步整流技术诞生以后,它给开关电源效率的提升做出了重要贡 献.当前采用IC 控制技术的同步整流方案己经为研发工程师普遍接受.新上市的高中档开关电源几乎没有不采用同步整流技术的作品.现在的同步整流技术都在努力地实现ZVS及ZCS方式的同步整流.自从2002 年美国银河公司发表了ZVS 同步整流技术之后,现在已经得到了广泛应用.
[焦点新闻]