Buck电源芯片的开关频率为什么经常是400kHz或者2.2MHz?

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最近组里来了一个实习生,时不时地会问我几个问题。有的问题,不见得有多难,但还是挺有意思的,今天拎出来讨论一下。

1、一道问题

照例,先抛出来一道问题:Buck电源芯片的开关频率为什么经常是400kHz或者2.2MHz?

这个问题,不晓得同学们有没有考虑过,我觉得有必要研究研究。当然分析这个问题的维度可能有多种,今天我们挑一个不一样的维度。

2、开关频率-五花八门

随手捞起手头的一份规格书,还真是实习生说的那回事,Buck电源芯片的开关频率确实既有400kHz,也有2.2MHz,当然这里说的是一个大概范围,而不单纯是400kHz或2.2MHz频点。

再多找几份规格书看看,发现不止是这两个,还有其他范围。

TI的LMR16006的开关频率,在700kHz和2.1MHz左右。

Richtek的RT6363的开关频率,在105kHz、500kHz和2.45MHz左右。

Silegry的SY8893的开关频率,在1.2MHz左右。

通过上述截图发现,开关频率好像没什么规律,从一两百kHz到几MHz,都有,范围跨度比较大。

3、无线电频段和广播波段

有的同学可能会从开关频率大小效率高低、器件尺寸空间的维度来看这个问题,今天我们换个视角,我们从无线电频段的分布角度来分析这个问题。

根据无线电频谱的划分和命名,我们可以看到包括长波、中波、短波等在内的14个频段,每个频段对应一种波段名称及波长范围。

我们再看下广播和电视所占用的频段(下图为部分,未完全列出),AM调幅广播,FM调频广播还有TV等。

上图中的“LW”表示Long Wave,长波,处于无线电频谱中的低频(LF)带内。同理,“MW”表示Medium Wave,中波,处于中频(MF)带内。“SW”表示Short Wave,短波,处于高频(HF)带内。咱们所收听的AM调幅广播(Amplitude Modulation)就是处于这些个频段内。

上图中的“FM”表示Frequency Modulation,调频,米波,处于甚高频(VHF)带内。我们常说的调频FM广播就指的的这个频段。

4、CISPR25标准

CISPR25,无线电干扰特别委员会针对汽车及零部件制定的辐射骚扰测试标准。我们再看下CISPR25中对不同频段的限值要求(部分标准要求)。

有没有发现CISPR25中前面这几段限制幅值正好对应的是广播(调幅或调频)频段,为什么?

因为对于这些个广播频段,收音机等接收设备在接收广播信号时是照单全收。如果电子设备对外界有发射这个频段内的干扰信号,收音机等接收设备会收到并播放出来。如果干扰信号过大,会使得有效信号被覆盖或干扰,影响正常接收效果。

上面表格的展示可能还不够直观,我们不妨把CISPR25的Class5中限制要求用图表来表示,如下图所示。

(图片来自TI E2E论坛)

5、见缝插针

前面说了这么多,不知道你有没有发现一个现象:文章开头说的Buck电源芯片常用的开关频率400kHz、2.2MHz正好绕开了LW、AM和FM等频段,如下图所示,真可谓是“见缝插针”!

(图片来自TDK官网)

比如400kHz,如上图黄色区域,正好位于LW和AM中间的缝隙频段。而2.2MHz,如上图红色区域又巧妙地避开了AM频段,位于AM和SW间。

6、总  结

今天先聊到这里,讨论的内容比较基础,但是很有启发性。梳理下今天讨论的内容:

①了解无线电频段的分布;

②了解CISPR25标准在广播频段限制幅度的意义;

③从无电线频段分布的维度真正理解开关频率的选择;

怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门,就看你的造化了!

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