【導讀】正如其名稱所示，開關(guān)穩(wěn)壓器通過開啟和關(guān)閉開關(guān)來完成DC / DC轉(zhuǎn)換。在典型的基于電感的電路中，開關(guān)控制流過電感的電流; 在基于電荷泵的調(diào)節(jié)器中，來自輸入電源的電荷通過開關(guān)“泵送”到電容器上。開關(guān)是一個周期性的事情，因此開關(guān)模式調(diào)節(jié)與頻率問題相距甚遠。本文將討論一些影響開關(guān)模式電源工作頻率選擇的細節(jié)（效率，噪聲等）。
我相信你已經(jīng)注意到開關(guān)穩(wěn)壓器IC有很多不同的頻率。我會說典型的范圍是100 kHz到2 MHz，盡管您可以找到低于100 kHz的頻率，并且有部分顯著更高（高達3或4 MHz）。您可能還注意到，許多開關(guān)模式IC允許您通過外部電阻選擇工作頻率（在指定范圍內(nèi)）。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？讓我們來看看。
開關(guān)頻率的影響
當你開始深入細節(jié)時，開關(guān)模式DC / DC轉(zhuǎn)換器IC并不簡單。事實上，它們甚至不是簡單的，開關(guān)頻率是一種基本參數(shù)，以某種方式影響電路功能和性能的每個方面。因此，我將著重討論最重要和實際的考慮因素，我會盡量準確地提供信息，但不要將自己埋在復雜的細節(jié)中。
以下小節(jié)是從基于電感的切換的角度編寫的，但這并不意味著這些信息都不適用于電荷泵調(diào)節(jié)器。
噪聲
當我考慮開關(guān)頻率時，首先想到的就是噪聲，無論是傳導還是輻射。通過向上或向下移動頻率，不能使開關(guān)噪聲消失，但可以減少噪聲問題。
這里的基本想法是，您的切換器將在開關(guān)頻率和開關(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)于開關(guān)穩(wěn)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。
通過調(diào)整基頻，可以“引導”噪聲，使其不會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(zhuǎn)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。
使用更高的開關(guān)頻率有時是處理噪聲的簡單方法，因為您可以通過添加低通濾波器來更有效地解決問題。但是，您需要確保不會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
我們不想通過選擇不合適的開關(guān)頻率來降低高效開關(guān)穩(wěn)壓器的效率。這里的基本思想是頻率越高意味著效率越低。
如果您仔細考慮，這是有道理的：開關(guān)模式調(diào)節(jié)是有效的，因為它利用了與晶體管的“完全開啟”和“完全關(guān)閉”狀態(tài)相關(guān)的低功耗。顯著的功耗僅在開啟和關(guān)閉之間的中間區(qū)域發(fā)生，并且如果晶體管更頻繁地在開啟和關(guān)閉之間切換，則更多的功率被浪費并且效率下降。
下圖提供了開關(guān)頻率和效率之間關(guān)系的示例。
開關(guān)穩(wěn)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PCB不動產(chǎn)有時是設計過程中的關(guān)鍵因素。一個支持更高開關(guān)頻率的重要表決是降低電路板空間：一般而言，較高的開關(guān)頻率允許轉(zhuǎn)換器的輸出濾波器在較低的電容和電感值下實現(xiàn)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(jié)（標題為“噪聲”）處理由轉(zhuǎn)換器的開關(guān)動作產(chǎn)生的干擾，然后耦合或輻射到系統(tǒng)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(zhuǎn)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(shù)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)系是更高的開關(guān)頻率意味著更低的紋波。下面的圖給出了這個效果的例子：
但是，您需要小心，因為如果您增加開關(guān)頻率，可能會將紋波頻率上移到模擬組件PSRR較低的頻段。實際上，這很有可能，因為PSRR隨著頻率的增加而下降。然而，你可能會很幸運，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后會發(fā)生什么。）
概要
DC / DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率影響電路功能的許多方面。在我看來，最重要的關(guān)系如下：
開關(guān)頻率越高，噪聲越容易控制（通過濾波），但通常應根據(jù)每個系統(tǒng)的噪聲特性和要求來調(diào)整頻率。
頻率越高，效率越低。
使用更高頻率時需要更少的電路板空間（因為無源組件可能更小）。
開關(guān)頻率增加會導致紋波幅度減小。
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