電源模塊發(fā)展至今,，工程師們都著眼于如何將模塊做得更為小型化,，輕量化，其實大家都明白可以通過提升開關(guān)頻率來提高產(chǎn)品的功率密度,。但為什么迄今為止模塊的體積沒有變化太大,？是什么限制了開關(guān)頻率的提升呢？

　　開關(guān)電源產(chǎn)品在市場的應(yīng)用主導(dǎo)下,，日趨要求小型,、輕量、高效率,、低輻射,、低成本等特點滿足各種電子終端設(shè)備，為了滿足現(xiàn)在電子終端設(shè)備的便攜式,，必須使開關(guān)電源體積小,、重量輕的特點，因此,，提高開關(guān)電源的工作頻率,，成為設(shè)計者越來越關(guān)注的問題，然而制約開關(guān)電源頻率提升的因素是什么呢,？其實主要包括三方面,，開關(guān)管、變壓器和EMI及PCB設(shè)計,。

　　1,、開關(guān)管與開關(guān)頻率

　　開關(guān)管作為開關(guān)電源模塊的核心器件，其開關(guān)速度與開關(guān)損耗直接影響了開關(guān)頻率的極限,，下文為大家大概分析一下

　　a,、開關(guān)速度

　　MOS管的損耗由開關(guān)損耗和驅(qū)動損耗組成，如圖1所示：開通延遲時間td(on),、上升時間tr,、關(guān)斷延遲時間td(off)、下降時間tf,。

　　圖1  MOS管開關(guān)示意圖

　　以FAIRCHILD公司的MOS為例,，如圖2所示：FDD8880開關(guān)時間特性表。

　　圖2  FDD8880開關(guān)時間特性表

　　對于這個MOS管,，它的極限開關(guān)頻率為：fs=1/(td(on)+tr+td(off)+tf) Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns) =5.9MHz,，在實際設(shè)計中，由于控制開關(guān)占空比實現(xiàn)調(diào)壓,，所以開關(guān)管的導(dǎo)通與截止不可能瞬間完成,，即開關(guān)的實際極限開關(guān)頻率遠小于5.9MHz，所以開關(guān)管本身的開關(guān)速度限制了開關(guān)頻率提高,。

　　b,、開關(guān)損耗

　　開關(guān)導(dǎo)通時對應(yīng)的波形圖如圖2(A),，開關(guān)截止時對應(yīng)的波形圖如圖2(B)，可以看到開關(guān)管每次導(dǎo)通,、截止時開關(guān)管VDS電壓和流過開關(guān)管的電流ID存在交疊的時間(圖中黃色陰影位置),，從而造成損耗P1，那么在開關(guān)頻率fs工作狀態(tài)下總損耗PS=P1 *fs,，即開關(guān)頻率提高時,，開關(guān)導(dǎo)通與截止的次數(shù)越多，損耗也越大,，如下圖3所示,。

　　圖3  開關(guān)管損耗示意圖

　　2、變壓器鐵損與開關(guān)頻率

　　變壓器的鐵損主要由變壓器渦流損耗產(chǎn)生,，如圖4所示,。

　　給線圈加載高頻電流時，在導(dǎo)體內(nèi)和導(dǎo)體外產(chǎn)生了變化的磁場垂直于電流方向(圖中1→2→3和4→5→6),。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,，變化的磁場會在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此電動勢在導(dǎo)體內(nèi)整個長度方向(L面和N面)產(chǎn)生渦流(a→b→c→a和d→e→f→d),，則主電流和渦流在導(dǎo)體表面加強,，電流趨于表面，那么,，導(dǎo)線的有效交流截面積減少,，導(dǎo)致導(dǎo)體交流電阻(渦流損耗系數(shù))增大，損耗加大,。

　　圖4  變壓器渦流示意圖

　　如圖5所示,，變壓器鐵損是和開關(guān)頻率的kf次方成正比，又與磁性溫度的限制有關(guān),，所以隨著開關(guān)頻率的提高,，高頻電流在線圈中流通產(chǎn)生嚴重的高頻效應(yīng)，從而降低了變壓器的轉(zhuǎn)換效率,，導(dǎo)致變壓器溫升高,，從而限制開關(guān)頻率提高。

　　圖5  變壓器鐵損與開關(guān)頻率關(guān)系圖

　　3,、EMI及PCB設(shè)計與開關(guān)頻率

　　假設(shè)上述的功率器件損耗解決了,，真正做到高頻還需要解決一系列工程問題，因為在高頻下,，電感已經(jīng)不是我們熟悉的電感,，電容也不是我們已知的電容了，所有的寄生參數(shù)都會產(chǎn)生相應(yīng)的寄生效應(yīng),，嚴重影響電源的性能,，如變壓器原副邊的寄生電容,、變壓器漏感，PCB布線間的寄生電感和寄生電容,，會造成一系列電壓電流波形振蕩和EMI問題,，同時對開關(guān)管的電壓應(yīng)力也是一個考驗。

　　要提高開關(guān)電源產(chǎn)品的功率密度,，首先考慮的是提高其開關(guān)頻率,，能有效減小變壓器,、濾波電感,、電容的體積，但面臨的是由開關(guān)頻率引起的損耗,，而導(dǎo)致溫升散熱設(shè)計難,，頻率的提高也會導(dǎo)致驅(qū)動、EMI等一系列工程問題,。

　　ZLG致遠電子自主研發(fā),、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累，當前采用全新方案,，實現(xiàn)同類型產(chǎn)品,，體積最小，例如E_UHBDD-10W模塊較上一代ZY_UHBD-10W體積縮減了一半,，如下圖6所示,。

　　圖6  E_UHBDD-10WN與ZY_UHBD-10W規(guī)格對比

　　同時為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測試實驗室，配備最先進,、齊全的測試設(shè)備,，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試，靜電抗擾度高達4KV,、浪涌抗擾度高達2KV,，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，為用戶提供穩(wěn)定,、可靠的電源隔離解決方案,。