因此，請記住應(yīng)該向廠商索取在應(yīng)用的預(yù)定直流偏置電壓下的電容值曲線。例如，采用2.5V輸出電壓時，系統(tǒng)設(shè)計人員必須查看2.5V時的直流偏置。是開關(guān)穩(wěn)定性最好的最小電容值可在開關(guān)的規(guī)格說明書中查到。在確定用于便攜式電源解決方案材料清單（BOM）的電容雙重來源時，廠商間的差異也必須考慮到。      

上述決策不應(yīng)該留給采購人員，除非他們能給出很好的建議。電容器生廠商往往喜歡出示單獨的曲線，如電容量隨溫度的變化曲線，另一條是電容量隨直流偏置的變化曲線。不過，他們不會同時給出兩條，但實際應(yīng)用恰恰需要兩條。應(yīng)該記住向生產(chǎn)廠商索要系統(tǒng)最常用電壓的綜合曲線。      

例如，基帶內(nèi)核微處理器的常用電壓有1.3V、1.5V和1.8V。I/O和硬盤驅(qū)動器使用1.8V、2.5V或3.3V。RF功率放大器電源的輸出電壓范圍為0.8到3.4V。     

選擇輸入電容時，必須考慮到輸入電壓范圍。對鋰離子電池而言，這個范圍為3到4.3V，當(dāng)插入充電器時，可高達(dá)5.5V。    

從系統(tǒng)的角度來看，阻抗ESR與頻率的關(guān)系曲線也很重要。用于2MHz開關(guān)的電容可能并不適合于5MHz開關(guān)。開關(guān)設(shè)計中，電容的諧振頻率是一關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)。當(dāng)開關(guān)頻率接近輸出電容的諧振頻率時，輸出電壓紋波最小。     

例如，4.7μF和10μF0603電容的諧振頻率范圍都為2到3MHz。但1μF 0603電容的諧振頻率在6MHz左右，1μF 0402電容的近10MHz。工作頻率高于諧振頻率時，阻抗實際上是電感性的。如果沒有正確的補償，將產(chǎn)生穩(wěn)定性問題，且開關(guān)的紋波增加。最后但并非不重要的是，陶瓷電容的生產(chǎn)容限是在1kHz頻率、1Vrms或0.5Vrms電壓下規(guī)定測試的，但實際應(yīng)用的條件差異非常大。在較低的rms電壓下，電容額定值要小得多。對一個典型的開關(guān)，紋波電壓范圍為5到30mV。      設(shè)計人員在考慮無源器件時，他們想到的是電感電容的生產(chǎn)容限，一般為±20%或±10%。這在理論上是對的，但在實際應(yīng)用中卻不然。本文介紹電容電感易受影響的一些參數(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計人員必須了解的知識，并討論如何為最小但最高效的便攜式電源系統(tǒng)解決方案選擇外部元件。     

選擇電感    

為便攜式電源應(yīng)用選擇電感，需要考慮的最重要的一點是：尺寸大小。     

移動電話的電路板面積十分緊俏珍貴，隨著MP3播放器、電視和視頻等各種功能被增加到電話中時，尤其如此。功能增加也將增加電池的電流消耗量。因此，以前一直由線性調(diào)節(jié)器供電或直接連接到電池上的模塊需要效率更高的解決方案。實現(xiàn)更高效率解決方案的第一步是采用磁性降壓轉(zhuǎn)換器。正如其名稱所暗示的，這是需要一個電感。     

電感的主要規(guī)格出尺寸大小外，還有開關(guān)頻率下的電感值、線圈的直流阻抗（DCR）、額定飽和電流、額定rms電流、交流阻抗（ESR）以及Q因子。根據(jù)應(yīng)用的不同，電感類型的選擇——屏蔽式或非屏蔽式——也是很重要的。     

類似于電容中的直流偏置，廠商A的2.2μH電感可能與廠商B的完全不同。在相關(guān)溫度范圍內(nèi)電感值與直流電流的關(guān)系是一條非常重要的曲線，必需向廠商索取。在這條曲線上可以查到額定飽和電流（ISAT）。ISAT一般定義為電感值降量為額定值的30%時的直流電流。某些電感生產(chǎn)商沒有規(guī)定的ISAT。他們可能給出了溫度高于環(huán)境溫度40℃時的直流電流。      

DCR引起傳導(dǎo)損耗，在輸出電流較高時影響效率。ESR隨工作頻率的提高而增加，在輸出電流較小時影響占主導(dǎo)地位的開關(guān)損耗。ESR與Q因子成正比。相同頻率下，低ESR電感的Q因子更高。在電感滿足所有其他規(guī)格時，為什么系統(tǒng)設(shè)計人員還應(yīng)考慮ESR和Q因子呢？      

當(dāng)開關(guān)頻率超過2MHz時，必須格外關(guān)注電感的交流損耗。規(guī)格說明書中列出的比較不同廠商的電感的ISAT和DCR在開關(guān)頻率下可能有極為不同的交流阻抗，導(dǎo)致輕負(fù)載下顯著的效率差異。這一點對提高便攜式電源系統(tǒng)中電池的壽命至為重要，因為系統(tǒng)大部分的時間是處于睡眠、待機或低功率模式下的。     

由于電感生產(chǎn)廠商很少提供ESR和Q因子信息，設(shè)計人員應(yīng)該主動向他們索取。廠商給出的電感與電流關(guān)系也往往只限于25℃，故應(yīng)該索取工作溫度范圍內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)。最壞情況一般是85℃。

圖3給出了各種電感的交流阻抗與頻率的關(guān)系。考慮一個降壓轉(zhuǎn)換器的例子，其規(guī)格參數(shù)如下：FSW=2MHz，VIN=5.5V，I=0到600MA,△I=289MA（計算值）。      參見圖3,2.2μH額定電感在低頻下的DCR未0.2Ω，2MHz下的ESR為1Ω。電感引起的直流損耗和交流損耗可用下式計算：

DC損耗=12×DCR      

AC損耗=（d△12）/12×ESR       

由上式可知，輸出電流較高時，低頻或直流損耗占主導(dǎo)地位；輸出電流較低時，交流損耗占主導(dǎo)地位。△I是轉(zhuǎn)換器的峰值紋波電流，在連續(xù)傳導(dǎo)工作模式中，輸出電流高和低時其幅度都一樣。由數(shù)字計算可知，I=600MA時，電感總體損耗的91%是直流損耗；I=50mA時，電感總體損耗的93%是交流損耗。

圖4a（ESR)和4b(Q)給出了廠商A（低ESR,高Q值）和廠商B(高ESR,低Q值）的電感，還顯示了采用這些電感（圖4c）的2MHz轉(zhuǎn)換器的效率曲線。從這些數(shù)據(jù)判斷，即使廠商A有較高的DCR，它也能在輕負(fù)載下提供更高的效率。

重慶哥爾摩科技有限公司

聯(lián)系電話：17318216519