【導讀】正如其名稱(chēng)所示，開(kāi)關(guān)穩壓器通過(guò)開(kāi)啟和關(guān)閉開(kāi)關(guān)來(lái)完成DC / DC轉換。在典型的基于電感的電路中，開(kāi)關(guān)控制流過(guò)電感的電流; 在基于電荷泵的調節器中，來(lái)自輸入電源的電荷通過(guò)開(kāi)關(guān)“泵送”到電容器上。開(kāi)關(guān)是一個(gè)周期性的事情，因此開(kāi)關(guān)模式調節與頻率問(wèn)題相距甚遠。本文將討論一些影響開(kāi)關(guān)模式電源工作頻率選擇的細節（效率，噪聲等）。
我相信你已經(jīng)注意到開(kāi)關(guān)穩壓器IC有很多不同的頻率。我會(huì )說(shuō)典型的范圍是100 kHz到2 MHz，盡管您可以找到低于100 kHz的頻率，并且有部分顯著(zhù)更高（高達3或4 MHz）。您可能還注意到，許多開(kāi)關(guān)模式IC允許您通過(guò)外部電阻選擇工作頻率（在指定范圍內）。為什么部件提供如此廣泛的頻率？給定應用程序的正確頻率是多少？讓我們來(lái)看看。
開(kāi)關(guān)頻率的影響
當你開(kāi)始深入細節時(shí)，開(kāi)關(guān)模式DC / DC轉換器IC并不簡(jiǎn)單。事實(shí)上，它們甚至不是簡(jiǎn)單的，開(kāi)關(guān)頻率是一種基本參數，以某種方式影響電路功能和性能的每個(gè)方面。因此，我將著(zhù)重討論最重要和實(shí)際的考慮因素，我會(huì )盡量準確地提供信息，但不要將自己埋在復雜的細節中。
以下小節是從基于電感的切換的角度編寫(xiě)的，但這并不意味著(zhù)這些信息都不適用于電荷泵調節器。
噪聲
當我考慮開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，首先想到的就是噪聲，無(wú)論是傳導還是輻射。通過(guò)向上或向下移動(dòng)頻率，不能使開(kāi)關(guān)噪聲消失，但可以減少噪聲問(wèn)題。
這里的基本想法是，您的切換器將在開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)頻率的諧波處產(chǎn)生噪聲。
該圖由ADI公司提供，取自一篇關(guān)于開(kāi)關(guān)穩壓器輸出偽像的文章。標記為“紋波電平”的尖峰對應于基頻。我們將在本文最后討論輸出波動(dòng)。
通過(guò)調整基頻，可以“引導”噪聲，使其不會(huì )與敏感的模擬電路或FCC發(fā)射限制相沖突。
例如：假設您的轉換器非常接近正在采樣50 kHz基帶波形的ADC 。如果您的切換器工作在1 MHz，您將能夠使用單極或（更好的）雙極點(diǎn)低通濾波器抑制與基波和所有諧波相關(guān)的噪聲。
使用更高的開(kāi)關(guān)頻率有時(shí)是處理噪聲的簡(jiǎn)單方法，因為您可以通過(guò)添加低通濾波器來(lái)更有效地解決問(wèn)題。但是，您需要確保不會(huì )將噪聲推入具有較低發(fā)射限制的頻段或由附近的RF電路使用。
效率
我們不想通過(guò)選擇不合適的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)降低高效開(kāi)關(guān)穩壓器的效率。這里的基本思想是頻率越高意味著(zhù)效率越低。
如果您仔細考慮，這是有道理的：開(kāi)關(guān)模式調節是有效的，因為它利用了與晶體管的“完全開(kāi)啟”和“完全關(guān)閉”狀態(tài)相關(guān)的低功耗。顯著(zhù)的功耗僅在開(kāi)啟和關(guān)閉之間的中間區域發(fā)生，并且如果晶體管更頻繁地在開(kāi)啟和關(guān)閉之間切換，則更多的功率被浪費并且效率下降。
下圖提供了開(kāi)關(guān)頻率和效率之間關(guān)系的示例。
開(kāi)關(guān)穩壓器的多功能性和高效率使其成為小型電池供電設備的有吸引力的選擇。這意味著(zhù)PCB不動(dòng)產(chǎn)有時(shí)是設計過(guò)程中的關(guān)鍵因素。一個(gè)支持更高開(kāi)關(guān)頻率的重要表決是降低電路板空間：一般而言，較高的開(kāi)關(guān)頻率允許轉換器的輸出濾波器在較低的電容和電感值下實(shí)現可比較的性能，較低的電容和電感值對應于較小的電容器和電感器。
波紋
第一小節（標題為“噪聲”）處理由轉換器的開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的干擾，然后耦合或輻射到系統的其他部分或附近的電子設備。這與“紋波”截然不同，后者指直接存在于轉換器輸出電壓中的周期性變化。
波及的重要性因應用而異。數字電路對電源紋波具有很高的抵抗能力，但是某些模擬組件也具有很高的抗性，即在相關(guān)頻率下具有良好的電源抑制比（PSRR）。
這里的基本關(guān)系是更高的開(kāi)關(guān)頻率意味著(zhù)更低的紋波。下面的圖給出了這個(gè)效果的例子：
但是，您需要小心，因為如果您增加開(kāi)關(guān)頻率，可能會(huì )將紋波頻率上移到模擬組件PSRR較低的頻段。實(shí)際上，這很有可能，因為PSRR隨著(zhù)頻率的增加而下降。然而，你可能會(huì )很幸運，并最終得到Maxim提供的MAX40018器件：
正如預期的那樣，PSRR最初隨頻率降低，但在10 kHz后增加。（盡管我們不知道100kHz后會(huì )發(fā)生什么。）
概要
DC / DC轉換器的開(kāi)關(guān)頻率影響電路功能的許多方面。在我看來(lái)，最重要的關(guān)系如下：
開(kāi)關(guān)頻率越高，噪聲越容易控制（通過(guò)濾波），但通常應根據每個(gè)系統的噪聲特性和要求來(lái)調整頻率。
頻率越高，效率越低。
使用更高頻率時(shí)需要更少的電路板空間（因為無(wú)源組件可能更?。?。
開(kāi)關(guān)頻率增加會(huì )導致紋波幅度減小。
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