规划人员在考虑无源器材时，他们想到的是电感电容的出产容限，一般为± 20% 或±10%。这在理论上是对的，但在实践运用中却否则。某一特定频率下，在一个陶瓷电容上加直流偏置电压或在电感上加载电流会改动这些元件的特性，故有“有源的无源器材(active passives)”之称。例如，一个10μF，0603，6.3V的电容在-30°C下直流偏置1.8V时测量值为4μF。一个3.3 μH的电感用在85°C的实践运用中时测量值为0.8 μH。
此外，元件出产商也越来越积极进取，有或许不断推出一些适当好的部件，以在尺度价值比之大战中坚持足够的竞争力。这类似于各种实践情况。比方，一部EPA(美国国家环保署)测验额外30Mpg(每加仑行进英哩数)的轿车，实践驾驭中或许只要20mpg。这就意味着车主必需比预期的更频频地去加油站。
这个比如可以延伸到便携式电源体系。体系中各个模块运用的每一个元件都对体系功能有着直接的影响。便携式电源体系的要害功能指标包含电池寿数、解决方案的尺度巨细、体系资源易运用性等。例如，在便携式电源体系中，过于频频的设备充电将使所谓的“便携式”失掉含义。
体系规划人员在这些要害功能指标的完成方面已迈出了第一步，即挑选开关调节器来为不同的体系模块供电。下一步是保证选定的开关调节器作业在最大功率之下。开关调节器的要害功能指标有功率、精度和输出电压容限(包含瞬态呼应、电压纹波、解决方案尺度巨细等)。为了满意这些功能指标，开关IC有必要与外部元件和谐作业。
开关调节器的外部元件一般包含一个电感、一个输入电容和一个输出电容。正如任何游戏的成功依赖于团队的同心协作，外部元件和开关也有必要互相配合、和谐作业以满意直流-直流转换器解决方案预期的功能指标。
在规划开关调节器时，对电感值及输入输出电容值的一系列补偿进行了优化。该部件的输出电流才能也取决于许多要素，其中之一是电感值。
本文介绍了电容电感易到影响的一些参数，论说了体系规划人员有必要了解的常识，并阐释了何时需求为便携式电源体系的最小但最高效的解决方案挑选外部元件。
挑选电容
先让咱们看看陶瓷电容。这种电容因为尺度、本钱和功能方面的优势成为便携式运用产品的抱负挑选，也因开关频率下的等效串联电阻(ESR)和等效阻抗很低而十分适合于高频运用。低ESR使输出电压纹波被减至最小，低阻抗发生超卓的滤波特性。而Y5V类电介质电容的温度系数很差，85 ?C时或许下降80%，一般不主张用于便携式运用，故本节要点评论X5R/X7R电容。
图1显现了10μF，6.3V，X5R陶瓷电容外壳尺度的改动前史。外壳尺度较小的首要优点在于节约开关的占位面积，下降整体解决方案的高度。现在，干流移动电话出产商在电话中运用的元件之高度最大限值为1.2mm。跟着电话模型越来越纤巧，这个限值将进一步减小。现在的陶瓷电容已可以很好地满意这些要求。
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那么，体系规划人员还需求了免除陶瓷电容之外的东西吗？肯定需求！例如，在挑选陶瓷电容的电容值及其外壳尺度之余，有必要考虑到它的直流偏置效应。电容挑选不正确或许对体系的安稳性形成严重破坏。直流偏置效应一般出现在铁电电介质(2类)电容中，如X5R、X7R、及Y5V类电容。
陶瓷电容的根本计算公式如下：
C=K×[(S×n)/t]
这儿，C=电容量，K=介电常数，n=介电层层数，S=电极面积，t=介电层厚度
影响直流偏置的因子有K、介电层厚度、额外电压的份额因子，以及资料的晶粒度。电容上的电场使内部分子结构发生“极化”，引起K常数的暂时改动，不幸的是，是变小。电容的外壳尺度越小，由直流偏置引起的电容量降量百分比就越大。若外壳尺度必定，则直流偏置电压越大，电容量降量百分比也越大。体系规划人员为节约空间用0603电容替代0805电容时，有必要适当慎重――除非用预订类型的电容对转换器进行了测验。标准阐明书中引荐的是0603电容。
图2所示为在某典型便携式运用产品的运用环境温度规模内，直流偏置对几种不同电容的影响。检查图中的直流偏置特性，可看到，厂商A出产的10μF，6.3V 0603电容在1.8V 直流偏置及-30°C下的电容量值为5.75μF。需注意电容器和电容量之间的差异。电容量是从运用的视点看到的电容的实践值。厂商C出产的相同电容器在相同条件下的电容量值为3.5μF。事实上，厂商A的4.7μF电容差不多与厂商C的10μF电容相同好。
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因而，请记住应该向厂商讨取在运用的预订直流偏置电压下的电容值曲线。例如，选用2.5V输出电压时，体系规划人员有必要检查2.5V时的直流偏置。使开关安稳性最好的最小电容值可在开关的标准阐明书中查到。在确认用于便携式电源解决方案资料清单(BOM)的电容两层来历时，厂商间的差异也有必要考虑到。
上述决议计划不应该留给收购人员，除非他们能给出很好的主张。电容器出产商往往喜爱出示独自的曲线，如电容量随温度的改动曲线，另一条是电容量随直流偏置的改动曲线。不过，他们不会一起给出两条，但实践运用恰恰需求两条。应该记住向出产厂商索要体系最常用电压的归纳曲线。
例如，基带内核微处理器的常用电压有1.3V、1.5V和1.8V。I/O和硬盘驱动器运用1.8V、2.5V或3.3V。RF功率放大器电源的输出电压规模为0.8 到3.4V。
挑选输入电容时，有必要考虑到输入电压规模。对锂离子电池而言，这个规模为3 到 4.3V，当刺进充电器时，可高达5.5V。
从体系的视点来看，阻抗/ESR与频率的联系曲线也很重要。用于2MHz开关的电容或许并不适合于5MHz开关。开关规划中，电容的谐振频率是一要害标准参数。当开关频率挨近输出电容的谐振频率时，输出电压纹波最小。
例如，4.7μF和10μF 0603电容的谐振频率规模都为2 到 3MHz。但1μF 0603电容的谐振频率在6MHz左右，1μF 0402电容的近10MHz。作业频率高于谐振频率时，阻抗实践上是电理性的。假如没有正确的补偿，将发生安稳性问题，且开关的纹波添加。最终但并非不重要的是，陶瓷电容的出产容限是在1 kHz频率、1V rms或0.5V rms电压下规则/测验的，但实践运用的条件差异十分大。在较低的rms电压下，%&&&&&%额外值要小得多。对一个典型的开关，纹波电压规模为5到30mV。
作者：Mathew Jacob，美国国家半导体公司运用工程司理，Email: mathew.jacob@nsc.com
