设计人员必须满足汽车应用的众多电磁兼容性 (EMC) 要求，并且为电源选择正确的开关频率 (fsw) 对于满足电源至关重要这些要求。这一点很重要。大多数设计人员选择中波 AM 广播频段（通常为 400kHz 或 2MHz）之外的开关频率，其中电磁干扰 (EMI) 必须受到限制。 2MHz 选项是理想的选择。因此，在这篇博文中，我将以 TI全新 TPS54116-Q1 DDR 内存电源解决方案为例，提供尝试以 2MHz 运行时的一些关键注意事项。
在 2MHz 开关频率下工作时，第一个也是最重要的考虑因素是转换器的最短接通时间。在降压转换器中，当高侧MOSFET导通时，它必须在关闭之前保持最短的导通时间。通过峰值 电流 模式控制，最短导通时间通常受到 电流检测 信号 消隐时间的限制。出于三个原因，转换器的最高最短导通时间通常出现在最小负载条件下。
图1：满载和空载时的脉冲宽度
尝试在 2MHz 下运行时的第二个考虑因素是最小输入电压 (VIN) 和输出电压 (VOUT) 之间的转换比。这与转换器的最小导通时间有关，因为该比率决定了转换器需要运行时的导通时间。例如，如果转换器的最小接通时间为 100ns，工作频率为 2MHz，则使用公式 1，其可支持的最小转换比 (Dmin) 为 20%。如果给定 VIN 与 VOUT 比率所需的导通时间小于最小导通时间，则大多数转换器会进入脉冲跳跃模式以保持输出电压稳定。当脉冲交叉时，开关频率会发生变化，并且可能会在需要限制噪声的频率处产生噪声。
在电源连接到电池的汽车应用中，导通时间必须支持从 6V 到 18V 的典型 VIN 范围转换。使用公式 2（18V 最大输入和 20% 转换比），最小输出电压为 3.6V。当直接连接到电池时，可能会出现超过此典型范围的大电压尖峰（例如在负载突降期间）。根据应用的要求，转换器可能允许也可能不允许在输入电压尖峰期间产生脉冲。
连接到 3.3V 或 5V 电源轨的稳压器可以更轻松地在 2MHz 下运行。例如，TPS54116-Q11 的最大接通时间为 125ns，因此在 2MHz 时，最小占空比为 25%。 3.3V输入支持的最小输出电压为0.825V； 5V 轨支持的最小输出电压为 1.25V。对给定应用中最小输出电压的彻底分析还应包括 VIN 和开关频率的容差。
尝试在 2MHz 下运行时的第三个考虑因素是电感器中的交流损耗。交流损耗随着开关频率的增加而增加，在选择 2MHz 电感器时需要予以考虑。一些电感器使用具有较低 AC 损耗的磁芯材料，以在较高频率下提供更好的效率。大多数电感器供应商都提供工具来评估其电感器中的交流损耗。
尝试在 2MHz 下运行时的第四个考虑因素是尺寸和效率之间的权衡。在为 DC/DC 转换器选择开关频率时，必须在尺寸和效率之间进行权衡。电感器尺寸和一些转换器损耗随着开关频率的增加而增加。具体来说，在比较 400 kHz 和 2 MHz 条件时，2 MHz 设计将使用小 5 倍的电感器，但开关损耗却高 5 倍。电感器小 5 倍意味着电感器尺寸更小。
转换器中与开关频率相关的两个主要损耗是高侧 MOSFET 的开关损耗和死区时间损耗。公式 3 是这些损耗的基本估计，您可以使用它来进一步分析与较高开关频率相关的损耗增加的影响。例如，在 5V 输入、4A 负载、3ns 上升时间、2ns 下降时间、0.7V 体二极管压降和 20ns 死区时间的情况下，估计功率损耗在 2MHz 时为 325mW，在 400kHz 时为 65mW。
额外的功率损耗会导致更高的工作结温。使用公式 4（在 TPS54116-Q1EVM-830 中，RθJA = 35°C/W），IC 的结温只会增加约 9°C。热性能可能因不同的 PCB 布局而异。
仅仅因为数据表首页上有 2MHz，并不意味着在所有操作条件下都可以实现 2MHz。 2MHz 开关有其优点和缺点，通常需要在 DC/DC 转换器解决方案的尺寸和效率之间进行权衡。立即订购 TPS54116-Q1EVM-830 评估模块并在 WEBENCH® Power Designer 中开始 2MHz 设计。
审稿编辑：付钱江
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