設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用中卻不然。某一特定頻率下，在一個陶瓷電容上加直流偏置電壓或在電感上加載電流會改變這些元件的特性，故有“有源的無源器件(active passives)”之稱。例如，一個10μF，0603，6.3V的電容在-30°C下直流偏置1.8V時測量值為4μF。一個3.3 μH的電感用在85°C的實(shí)際應(yīng)用中時測量值為0.8 μH。

此外，元件生產(chǎn)商也越來越積極進(jìn)取，有可能不斷推出一些相當(dāng)好的部件，以在尺寸價值比之大戰(zhàn)中保持充足的競爭力。這類似于各種實(shí)際情況。比如，一部EPA(美國國家環(huán)保署)測試額定30Mpg(每加侖行駛英哩數(shù))的汽車，實(shí)際駕駛中可能只有20mpg。這就意味著車主必需比預(yù)期的更頻繁地去加油站。

這個例子可以延伸到便攜式電源系統(tǒng)。系統(tǒng)中各個模塊使用的每一個元件都對系統(tǒng)性能有著直接的影響。便攜式電源系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)包括電池壽命、解決方案的尺寸大小、系統(tǒng)資源易使用性等。例如，在便攜式電源系統(tǒng)中，過于頻繁的設(shè)備充電將使所謂的“便攜式”失去意義。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在這些關(guān)鍵性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方面已邁出了第一步，即選擇開關(guān)調(diào)節(jié)器來為不同的系統(tǒng)模塊供電。下一步是確保選定的開關(guān)調(diào)節(jié)器工作在最大效率之下。開關(guān)調(diào)節(jié)器的關(guān)鍵性能指標(biāo)有效率、精度和輸出電壓容限(包括瞬態(tài)響應(yīng)、電壓紋波、解決方案尺寸大小等)。為了滿足這些性能指標(biāo)，開關(guān)IC必須與外部元件協(xié)調(diào)工作。

開關(guān)調(diào)節(jié)器的外部元件一般包括一個電感、一個輸入電容和一個輸出電容。正如任何游戲的成功依賴于團(tuán)隊(duì)的齊心協(xié)作，外部元件和開關(guān)也必須互相配合、協(xié)調(diào)工作以滿足直流-直流轉(zhuǎn)換器解決方案預(yù)期的性能指標(biāo)。

在設(shè)計(jì)開關(guān)調(diào)節(jié)器時，對電感值及輸入輸出電容值的一系列補(bǔ)償進(jìn)行了優(yōu)化。該部件的輸出電流能力也取決于諸多因素，其中之一是電感值。

本文介紹了電容電感易到影響的一些參數(shù)，論述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須了解的知識，并闡釋了何時需要為便攜式電源系統(tǒng)的最小但最高效的解決方案選擇外部元件。

選擇電容

先讓我們看看陶瓷電容。這種電容由于尺寸、成本和性能方面的優(yōu)勢成為便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的理想選擇，也因開關(guān)頻率下的等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效阻抗很低而非常適合于高頻應(yīng)用。低ESR使輸出電壓紋波被減至最小，低阻抗產(chǎn)生出色的濾波特性。而Y5V類電介質(zhì)電容的溫度系數(shù)很差，85 ?C時可能下降80%，一般不建議用于便攜式應(yīng)用，故本節(jié)重點(diǎn)討論X5R/X7R電容。

圖1顯示了10μF，6.3V，X5R陶瓷電容外殼尺寸的變化歷史。外殼尺寸較小的主要好處在于節(jié)省開關(guān)的占位面積，降低總體解決方案的高度。目前，主流移動電話生產(chǎn)商在電話中使用的元件之高度最大限值為1.2mm。隨著電話模型越來越纖巧，這個限值將進(jìn)一步減小。現(xiàn)在的陶瓷電容已能夠很好地滿足這些要求。

那么，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還需要了解除陶瓷電容之外的東西嗎？絕對需要！例如，在選擇陶瓷電容的電容值及其外殼尺寸之余，必須考慮到它的直流偏置效應(yīng)。電容選擇不正確可能對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重破壞。直流偏置效應(yīng)通常出現(xiàn)在鐵電電介質(zhì)(2類)電容中，如X5R、X7R、及Y5V類電容。

陶瓷電容的基本計(jì)算公式如下：

C=K×[(S×n)/t]

這里，C=電容量，K=介電常數(shù)，n=介電層層數(shù)，S=電極面積，t=介電層厚度