DCDC--开关频率的选择

开关稳压器IC使用的开关频率从数十kHz到数MHz，最近有些甚至似乎以高频率工作。

1、重视效率或重视尺寸

如果将开关频率调高，则外置的电感和电容器将使用较小的，尺寸必然会变小。因此，包含安装面积和高度在内的外形尺寸也会变小，有助于节省空间。不过，开关损耗会通过高速开关増加，故效率会降低几个百分比。尤其对小型便携设备，2个项目就算不想权衡也必须取得平衡使其优化。

现在流行的氮化镓充电器本质上就是氮化镓可以比硅基MOSFET具有更小的导通电阻和寄生电容，从而氮化镓的开关频率可以做到很高，模块尺寸可以做到很小。

2、噪声和纹波

规律的开关动作是开关电源工作的主要机制，频率在电路计算中也起到决定性的作用。例如一个降压电路，其频率 (fS) 决定了电感电流纹波 (ΔIL) 和输出电压纹波 (VRIPPLE)。 fS 和纹波幅度成近似反比关系，这意味着频率越高，纹波越小。ΔIl 可以用公式 (1) 来计算：

VRIPPLE可以用公式 (2) 来计算：

从公式 (2) 可以看出，频率fs、电感L的乘积，以及频率fs和输出电容C的乘积，作为因子影响计算结果。

存储的电感和电容能量可以使用公式 (3) 来计算：

在其他条件相同的情况下，提高频率可以降低对电感量和电容值，同时也会对器件体积进行优化，其实质是频率提高，单次需要储存的能量更少，这样就降低了对储能元件的要求；另外，频率越高，输出纹波越小，还可以提高电源质量。

提高频率带来的其他问题

增加fS也会增加损耗，并直接影响电源的三个核心指标：开关电源损耗、效率和散热。例如一个降压电路，其大部分损耗由导通损耗、开关损耗和驱动损耗组成。而开关频率直接影响开关损耗和驱动损耗。

驱动损耗是 MOSFET 寄生电容（CGS 和CGD）在驱动电压下的驱动电流损耗。 这种损耗主要来自MOSFET管的寄生充放电（QG）。

3、具体应用

从部件尺寸和效率以外的项目来看，可以知道高开关频率较为有利。话虽如此，在应用上或许对某些事物而言是“讨厌的频率”。最常见的例子是AM收音机的的频带，约400kHz～1.8MHz左右。单纯来说，如果使用此范围的开关频率电源，感度和S/N会劣化。有效的回避方法是选择此频带以外的开关频率。

如此一来非权衡不可，必须充分考虑应用或使用环境后再进入设计。可变更开关频率型的IC虽然很多，不过必须注意的是，如果要变更，除了频率之外，也必须重估电感或电容器等外置部件的常量。

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开关电源设计中的频率选择