ZHCACG5 march 2023 LMG2610 , UCC28782
必须予以讨论的高功率密度设计的另一个方面是开关频率以及与系统储能要求的关系。这是通常说的增加开关频率会减小电源转换器的尺寸。更深入地进行分析,提供给负载的直流电源由电源转换器进行处理,该转换器的基本工作原理是将输入的能量存储一段时间,然后将其释放到负载。向负载提供的功率由两个因素决定:每个周期可存储然后又释放的能量,以及执行此过程的频率。
打个比方,假设必须在规定的时间内从一个港口向另一个港口运送大量货物。一方面,考虑 a) 一艘货船,它只需往返几次即可运完这批货物。与此相反,请考虑 b) 一艘快艇,它可以多次快速往返,每次装运少量货物。在这个类比中,船舶上的货物代表存储的能量,而往返次数代表开关频率。最后,货船和快艇在相同的时间内装运相同数量的货物(能量),并保持恒定功率。虽然装运的最终结果是相同的,但这两种情况有两个不同之处:a) 以较低的频率传输更多的储存能量,b) 以较高的频率传输更少的储存能量,即方程式 1。
在电源转换器中,这种储能机制由最大的元件(主要是电感器和变压器等磁性元件)执行。对于磁性元件,尺寸与储能成正比,而储能则与电感成正比,即方程式 2。
由于这种关系,小型设计必须以高频率进行切换,以降低储能要求,从而减小整体尺寸。如图 1-1 所示,给定功率水平的电感(储能)要求与开关频率成反比。但请务必记住,开关损耗是由开关频率的增加引起的,并且可能会成为散热问题。以下各节将介绍有关如何减轻这些损耗的技术。