线性稳压电压ABC~I

在实际模块产品设计工作中，对更高效、更低成本的电源解决方案一直都存在需求，本系列对电源设计应用中的思路进行了一些总结，以供温故知新。

一、为电源选择正确的工作频率

为电源选择最佳的工作频率是一个复杂的权衡过程，其中包括尺寸、效率以及成本等各方面的因素。常规来讲，低频率设计往往是最为高效的，但是其尺寸最大且成本也最高。纵然调高频率可以缩小尺寸并降低成本，但同时也会增加电路损耗。以降压电源为例来简单阐述下这些权衡过程。

首先来看下滤波组件。这些组件占据了电源的大部分体积，同时滤波器的尺寸同工作频率成反比关系。另一方面，每一次开关转换都会伴有能量损耗；工作频率越高，开关损耗就越高，同时效率也就越低。其次，较高的频率运行通常意味着可以使用较小的组件值。故更高频率运行能够带来极大的成本节约。

如图 1 所示为降压电源频率与体积的关系。频率为100KHz时，电感占据了电源体积的大部分（深蓝色区域）。如果假设电感体积与其能量相关，那么其体积缩小将与频率成正比例关系。由于某种频率下电感的磁芯损耗会极大增高并限制尺寸的进一步缩小，故在此情况下上述假设就不容乐观了。如果该设计使用陶瓷电容，那么输出电容体积（褐色区域）便会随频率缩小，即所需电容降低。另一方面，之所以通常会选用电解电容，是由于其具有纹波电流额定值。该额定值不会随频率而明显变化，故其体积（黄色区域）往往可以保持恒定。另外，电源的半导体部分不会随频率而变化，这样，由于低频开关，无源器件会占据电源体积的大部分。当我们转到高工作频率时，半导体（即半导体体积，淡蓝色区域）开始占据较大的空间比例。

图 1：电源组件体积主要由半导体占据。                                    该曲线图显示半导体体积本质上并未随频率而变化。而这一关系可能过于简单化。与半导体相关的损耗主要有两类：传导损耗和开关损耗。同步降压转换器中德传导损耗与MOSFET的裸片面积成反比关系。MOSFET面积越大，其电阻和传导损耗就越低。

开关损耗与MOSFET开关的速度以及MOSFET具有多少输入和输出电容有关。这些都与器件尺寸的大小相关。大体积器件具有较慢的开关速度以及更多的电容。图 2 显示了两种不同工作频率（F）的关系。传导损耗（Pcon）与工作频率无关，而开关损耗（Psw F1 和 Psw F2）与工作频率成正比例关系。故更高的工作频率（Psw F2）会产生更高的开关损耗。当开关损耗和传导损耗相等时，每种工作频率的总损耗最低。另外随着工作频率提高，总损耗将更高。

但是，在更高的工作频率下，最佳裸片面积较小，从而带来成本节约。实际上，在低频率下，通过调整裸片面积来最小化损耗会带来极高