开关频率

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开关频率对控制性能的影响

-----------定性-------------

理论上：

　　理想的控制效果只有在开关频率无限高的情况下才能实现， 此处理想的控制效果一般指好的ＤＣ稳态调节性能（即没有稳态误差、对噪声不敏感）、无限快的动态响应性能，没有超调。

实际上：

　　所有的实际系统中都存在时延以及电路器件的开关速率问题，不可能达到无限高的开关频率，开关频率受到电路组成部分的带宽限制，例如控制器、功率开关、二极管等。

　　此外，随着开关频率的升高，转换器的功率损耗也随之增加，即使是软开关技术，实际上也存在功率器件的开关损耗；带磁材料中涡流损耗（ eddy current losses）、磁滞损耗（ hysteretic current losses ），随着开关频率的增加集肤效应产生的交流传输损耗（集肤效应在交流输电时体现在电路的感抗XL上实际上影响交流输电作用的是铜阻即电线的纯电阻和 集肤效应产生的感抗）也增加。当然这些总损耗跟开关损耗相比要相对低些。既然开关频率很高时，这个因素变得很重要（控制效果好、损耗高），所以我们在设计变换器的开关频率时要慎重。另外，产生的高频噪声将引起不必要的电磁干扰。

　　实际上这些都是限制在开关频率很高时获得理想调节性能的重要因素。

应用中：　　

　　还好，在大多数应用中，不需要理想的功率变换器。实际上只需要功率变换器满足一些指标：电源／负载调节指标、交流纹波指标、动态响应性能指标、转换效率指标、功率密度指标等。

　 　因此，选择开关频率通常是在“获得用户期望性能指标”与“功率损耗最小、功率密度、电磁干扰”之间权衡考虑。控制性能始终会随着开关频率的增加得到改进，这点是毋庸置疑的。

----------------定量--------------　　

　   为了缩小开关电源的体积，提高电源的功率密度并改善其动态响应，小功率DC－DC变换器的开关频率已将现在的200～500kHz提高到1MHz以上，但高频化又会产生新的问题，如开关损耗以及无源元件的损耗增大，高频寄生参数以及高频电磁干扰增大等。　

  　目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十kHz；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百kHz。为提高开关频率必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，原理上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。