如何解决隔离型DC/DC中的频率问题
时间:07-27 09:22 阅读:1356次
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简介:为DC/DC选择最佳的工作频率是比较复杂的,因为其中包括尺寸、效率以及成本等问题。一般来说,频率越低往往意味着效率越高,但是其尺寸也越大,成本也越高。另一方面,尽管提高频率可以降低成本并且缩小尺寸,节省空间,然而也会增加电路损耗,效率偏低。可以从以下几个方面进行权衡。
(1)滤波电容:因为滤波电容体积越大,便意味着容量越大,而开关频率是与电容容量成反比关系的。为了获取更低开关频率、提高效率而提高电容容量是不明智的,因为电容容量越大便意味着体积越大,充放电时间越长,导致滤波效果下降,电源纹波增大。所以,为了减小纹波,节省空间,应该提高开关频率,用小体积小容量的电容;但是需要注意一点的就是,开关频率不能过高,因为电容有它的自谐振频率,一旦开关频率高于其谐振频率,那么它将逐渐表现出感性。
(2)滤波电感:与电容一样,更高的开关频率可缩小电感体积,从而节省电路板空间。在允许的计算范围内,应尽量提高开关频率,减小电感尺寸。
电感及电容值可依照下列简化的方程进行选择:
方程1:
V = L x di/dt
移项后:L≥Vout x (1-D)/(ΔI x Fs)
上式中,Vout是输出电压,D是占空比,Fs是开关频率;
方程2:
I = C x dv/dt
移项后:C≥2 x ΔI/(8 x Fs x ΔV)
(3)转换效率:
式中,Pi为输入功率,Po为输出功率,Pz为功率开关管的功率损耗,Pl为储能电感L上的功率损耗,Pc为滤波电容上的功率消耗。由此公式可知,这些损耗都与开关频率成反比,开关频率高则损耗大,转换效率降低;开关频率低则损耗小,转换效率高,然而其纹波和滤波元件的体积也大。
综合考虑:提高开关管的工作频率可以减小储能电感和滤波电容的体积,也减小了输出电压的纹波噪声。但其损耗也随之增大,也就意味着需要更好的散热措施来处理开关管的发热;电源转换效率降低,同时续流二极管由于开关频率的升高也会增加损耗。所以,在理论计算允许的范围内提高开关频率比较合适。据网上他人资料,开关管开关频率工作在20~50kHz内,DC/DC变换器可随着频率增大而减小,而高于50kHz时,再增加频率用处不大,既会增减损耗又会降低效率。诚然,隔离式开关电源由于有变压器的存在,体积也不很难降得太小的。