资料介绍
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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