简介

 本文是深入研究开关频率设计的系列文章之下篇。上篇回顾了如何计算开关频率的关键指标，以及更高频率设计的难点所在。本文将把这些开关频率的概念应用到实际场景当中。

 电源工程师在设计中需要考虑多种因素，以确定实际应用的工作频率范围和变异特性。本文将以频率轴为参考，从低频到高频，探讨通用电源的基本设计要点。

20Hz 与 20KHz 之间的频率

为了提高轻载效率，开关电源通常将频率降低到20Hz 至 20kHz 之间，而人类恰好能够听到这个频率范围的声音。而且，大约 5kHz 的频率更会产生尖锐刺耳的声音。 这种噪声的主要来源就是电路中的电容和电感储能器件（见图1）。

在轻载条件下，电源的开关频率落在这个人耳可闻范围之内，由于电容的压电效应和电感线圈的排斥力作用，开关过程中产生的脉冲能量会导致器件发生物理振动。设计人员需要考虑如何将这种低频开关噪声产生的环境噪声污染降至最低。

降低可闻噪声

请按以下步骤操作，以降低频率介于 20Hz 和 20kHz 之间时产生的噪声：

1. 将开关频率保持在 20kHz 以上，或将噪声源能量限制在低于20kHz 的频带内。例如，轻载或空载条件下，限制电感器和电容器的电流峰值。

2. 解决电感器和电容器等元件之间产生的物理振动。例如变压器浸渍，或使用带底座的陶瓷电容器。

图 2 显示了 25kHz 固定频率下的峰值电流。

20KHz 与150KHz 之间的频率

电源类型花样繁多，包括大功率、通用、小功率和中功率开关电源等，我们可以将其分为两类：高压隔离电源和低压非隔离电源。

高压隔离电源通常用于适配器和照明解决方案。由于硅的特性以及 EMI 标准限制，这类电源通常设计为在 20kHz 至150kHz 频率之间工作。

硅的特性

硅 (Si) 是主流 MOSFET 中的常见组件，其频率范围根据电子迁移率、禁带宽度、体二极管和寄生器件（即寄生电容）来确定。这些变量也决定了器件应用的场合。

随着材料科学的不断进步，使用新型材料（例如碳化硅SiC和氮化镓GaN）的半导体开关器件正逐步进入量产阶段，以制造更小的产品。这些器件的禁带宽度和迁移率是硅器件的 2 至 4 倍，寄生电容和阻抗则是硅器件的10% 至 30%。所有这些特性都有利于解决高频引起的开关损耗问题。

图 3 显示了不同功率、电压和频率范围内的硅特性。

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