5.3.1 配置開關頻率的方法？
5.3.1.1 LM5088MHX-2/NOPB器件的開關頻率配置方法
5.3.1.2 TPS54561DPRT器件的開關頻率配置方法
5.3.1.3 LTC3707EGN-SYNC#PBF器件的開關頻率配置方法
5.3.1.4 ADP3020ARU器件的開關頻率配置方法
5.3.1.5 小結(jié)
5.3.2 何時需要調(diào)節(jié)開關頻率的大??？
有些小封裝或引腳數(shù)量小于8的開關電源控制器或轉(zhuǎn)換器沒有提供用戶可配置開關頻率的功能，比如SOT23-5封裝的降壓控制器TPS64203DBVR。但是，現(xiàn)在很多開關電源芯片都會提供開關頻率配置引腳RT/CLK/SYNC，或者可以同步外部時鐘。不同開關電源芯片的開關頻率配置方法可能不同，接下來以LM5088MHX-2/NOPB、TPS54561DPRT、LTC3707EGN-SYNC#PBF和ADP3020ARU四個器件為例，介紹在實際電路中如何配置開關頻率，具體內(nèi)容也可參考對應器件的規(guī)格書。
5.3.1 配置開關頻率的方法？
5.3.1.1 LM5088MHX-2/NOPB器件的開關頻率配置方法
圖 5.19 LM5088MHX-2/NOPB器件規(guī)格書中開關頻率配置方法的描述
根據(jù)LM5088MHX-2/NOPB規(guī)格書，該器件的開關頻率配置引腳為RT/SYNC，可以通過在該引腳上連接一個對地的電阻以配置開關頻率，也可以通過電容耦合，使用外部時鐘。需要注意的是，當使用外部時鐘時，該引腳上的對地電阻依然是需要的。
由“3.1 基本概念”章節(jié)和“3.4 降壓電路的功率、損耗和效率”章節(jié)相關內(nèi)容可知，較高的開關頻率將允許電路中使用較小的功率電感和輸出電容，但是由此導致的高邊開關管和低邊開關管（或續(xù)流二極管）損耗也會相應增加。所以，還是這個原則，即“開關頻率的選擇是電路尺寸與轉(zhuǎn)換效率的權衡取舍”。
圖 5.20 LM5088MHX-2/NOPB器件應用框圖
圖 5.21 LM5088MHX-2/NOPB器件典型應用電路
注：根據(jù)LM5088MHX-2/NOPB規(guī)格書，該典型應用電路中自舉電容 C_BOOT 的取值為0.1uF。
圖 5.21所示，是LM5088MHX-2/NOPB器件典型應用電路，輸入和輸出參數(shù)如下：
輸入電壓 VIN=5.5V-36V（典型值為12V），輸出電壓 VOUT=5V，輸出電流IOUT=7A。
對于這類輸出電壓大于5V的非同步降壓電路，通常開關頻率在250kHz-700kHz范圍內(nèi)，是尺寸與效率之間較為合理的綜合。針對上述應用電路，我們選擇開關頻率為250kHz，那么根據(jù)圖5.19中的公式(1)計算，RT阻值為
最接近的標準阻值為24.9kΩ，所以實際電路中選擇開關頻率配置電阻為RT=R3=24.9kΩ。
5.3.1.2 TPS54561DPRT器件的開關頻率配置方法
與LM5088MHX-2/NOPB器件的配置方法不同，TPS54561DPRT器件的時間電阻RT與開關頻率fsw之間的關系式如下：
在輸入電壓VIN=7V-60V（典型值為12V），輸出電壓VOUT=5V，輸出電流IOUT=5A條件下，當取開關頻率為400kHz時，計算出所需電阻為RT(k?) = 101756 / (400(kHz) ^ 1.008) = 242k?。
實際可取接近的阻值243k?，這就是圖 5.7 TPS54561DPRT參考電路中R3 = 243k?的取值依據(jù)。
注：如下補充圖5.7，具體可參考TPS54561DPRT規(guī)格書。
圖 5.7 TPS54561DPRT參考電路原理圖
5.3.1.3 LTC3707EGN-SYNC#PBF器件的開關頻率配置方法
LTC3707EGN-SYNC#PBF器件的PIN5=PLLFLTR引腳可以接AC或DC電壓源，用于調(diào)整內(nèi)部壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator）的頻率從140kHz到310kHz，對應的直流電壓范圍是0V到2.4V。
圖 5.22 LTC3707EGN-SYNC#PBF器件支持的開關頻率范圍
圖 5.22所示，是LTC3707EGN-SYNC#PBF器件的開關頻率特性。當PLLFLTR引腳電壓為0V時，器件工作在最小開關頻率典型值為140kHz；當PLLFLTR引腳電壓等于1.2V時，器件工作的開關頻率典型值為220kHz；當PLLFLTR引腳電壓大于等于2.4V時，器件工作在最大開關頻率典型值為310kHz。
圖 5.23 LTC3707EGN-SYNC#PBF器件PLLFLTR引腳電壓與開關頻率對應關系
圖 5.23所示，是LTC3707EGN-SYNC#PBF器件PLLFLTR引腳電壓與開關頻率對應關系?？梢?，可以通過連續(xù)調(diào)整PLLFLTR引腳電壓達到連續(xù)調(diào)節(jié)器件工作的開關頻率的目的。
圖 5.24 LTC3707EGN-SYNC#PBF器件典型應用電路
圖 5.24所示，是LTC3707EGN-SYNC#PBF器件典型應用電路之一。輸入電壓為7V到28V，典型值為12V；輸出為5V@3A和3.3V@6A。開關頻率選擇為該器件支持的最大開關頻率（即310kHz），所以將PIN5=PLLFLTR引腳直接連接到PIN21=INTVCC=5V實現(xiàn)。
5.3.1.4 ADP3020ARU器件的開關頻率配置方法
圖 5.25 ADP3020ARU器件支持的開關頻率
圖 5.25所示，與LTC3707EGN-SYNC#PBF器件的開關頻率配置方法相似，ADP3020ARU器件也是通過在SYNC引腳連接直流電壓達到配置開關頻率的目的。
當SYNC=AGND時，開關頻率配置為200kHz；
當SYNC=REF（根據(jù)規(guī)格書，REF電壓典型值為1.197V）時，開關頻率配置為300kHz；
當SYNC=INTVCC（根據(jù)規(guī)格書，INTVCC電壓典型值為5.025V）時，開關頻率配置為300kHz。
圖 5.26 ADP3020ARU器件典型應用電路
圖 5.26所示，是基于ADP3020ARU器件5V轉(zhuǎn)3.3V和2.5V的應用電路，SYNC引腳直接連接到REF引腳，所以該電路使用的開關頻率是300kHz。
5.3.1.5 小結(jié)
LM5088MHX-2/NOPB（開關頻率在50kHz到1MHz之間）和TPS54561DPRT（開關頻率在100kHz到2.5MHz之間）器件，支持通過外置電阻的方式連續(xù)可調(diào)開關頻率，LTC3707EGN-SYNC#PBF（開關頻率在140kHz到310kHz之間）器件支持通過外部直流電壓的方式連續(xù)可調(diào)開關頻率，相當于燃油汽車的CVT變速箱。ADP3020ARU器件支持200kHz、300kHz和400kHz三擋可調(diào)開關頻率，相當于燃油汽車的AT變速箱。
5.3.2 何時需要調(diào)節(jié)開關頻率的大??？
前述可知，較大的開關頻率可以減小功率電感和輸出電容的尺寸，且能獲得較好的動態(tài)響應能力。
(1) 當因為PCB布局空間有限時，可以增大開關電源電路的開關頻率，用于減小電感和電容的尺寸。
(2) 當輸入輸出等條件改變，電路的動態(tài)響應能力變差時，也可以通過增大電路的開關頻率來改善。
注意：對于可變頻率或者支持PFM的開關電源電路設計，必須考慮最小開關頻率（這是僅從“開關頻率”這個參數(shù)的角度看，開關電源電路的最惡劣工況）時，電感和電容上的電流和電壓應力，以免電路長期工作在“亞健康”狀態(tài)，影響電路穩(wěn)定性。
但是，在其他工況不變的情況下，較大的開關頻率會增加高頻EMI輻射，而且會降低轉(zhuǎn)換效率。在特定的工況下，開關電源電路會對應著較高轉(zhuǎn)換效率的開關頻率，超過這個開關頻率后，由于開關損耗增加（從公式(3.276) /3.9.4-23-5，或(3.277) /3.9.4-23-17，或(3.278) /3.9.4-23-17可知），從而導致轉(zhuǎn)換效率降低。（注：這部分是第3章的內(nèi)容）
(3) 特定應用場景下，為了得到更小的輸出電壓，需要降低開關頻率。
由3.1.1章節(jié)的公式3.1.1-12（ D_MIN=T_(ON,MIN)×F_SW ）可知，在開關頻率 F_SW 不變的情況下，從導通時間的角度看，最小導通時間 T_(ON,MIN) 對應著最小占空比 D_MIN 。因為對于已知的開關電源控制器或轉(zhuǎn)換器來說，最小導通時間 T_(ON,MIN) 是器件的固有屬性，無法通過外界條件來改變。此時，占空比的大小與開關頻率成正比關系。
例如，對于已經(jīng)完成硬件設計的降壓電路（硬件電路方案無法修改），如果該電路的最小導通時間為100 ns ，當電路工作在1.2 MHz開關頻率時，對應的最小占空比為 100 ns * 1.2 MHz = 0.12，那么該電路就無法實現(xiàn)將12V輸入電壓轉(zhuǎn)換為1.2V輸出電壓，能夠轉(zhuǎn)換的最小輸出電壓為12 V * 0.12 = 1.44 V。
在該電路支持開關頻率可調(diào)的情況下，此時就可以通過降低開關頻率，實現(xiàn)更低的輸出電壓。當該電路工作800 kHz 時，對應的最小占空比為 100 ns * 800 kHz = 0.08，支持的最小輸出電壓為12V * 0.08 = 0.96 V，進而可以實現(xiàn)從12V輸入電壓轉(zhuǎn)換為1.2V輸出電壓。
當然，此方法僅是針對確定的硬件降壓電路的一種可能的缺陷修復方法（如果開關頻率不能通過外部方法從1.2 MHz降低到 800 kHz，那么依然是無法修復的）。實際在降壓電路設計時，需要在“確定設計需求”中明確輸出電壓典型值，在“降壓芯片選型”中明確所選擇的芯片能夠?qū)崿F(xiàn)該輸出電壓。