shefajiangdihexinchuliqidegongdiandianyashishouchishizhuangzhidequanxinjishuqushizhiyi
，erzaijiangyadetongshi，yebixujianguyigenggaoxiaolvyanchangdianchishoumingdexuqiu。muqianzhexiezhuangzhi裡youduozhongxingongnengdouyoujiangyazhuanhuanxuqiu，ruyingyongchuliqi、記憶體和射頻(RF)設計等
，從負載和空間參數兩項考量來看，目前在此類應用上最流行的解決方案，即採開關穩壓器和低壓降 (LDO)穩壓器。

如隻從效率考量，開關穩壓器是最佳的選擇，然當電子零件高度和解決方案的尺寸限製超出電感器使用範圍時，轉換器就可能改採LDO或開關電容(SC)穩壓器形式，電源解決方案通常無法提供較多電路板空間，但開關穩壓器可提供比LDO和開關電容穩壓器更大的解決方案尺寸。
 
我們利用DC/DC開關電容穩壓器來提升電源的效率
，那麼開關電容器都有哪些優點呢？

開關電容器可保持給定負載效率

隨著VIN的上升，由轉換器產生的VIN和VOUT間jian的de能neng量liang增zeng加jia將jiang引yin起qi功gong率lv耗hao損sun和he效xiao率lv下xia降jiang。解jie決jue此ci問wen題ti所suo採採取qu的de模mo式shi為wei轉zhuan變bian一yi個ge更geng高gao的de效xiao率lv增zeng益yi，如ru同tong汽qi車che替ti換huan檔dang位wei一yi般ban。開kai關guan電dian容rong器qi類lei比bi設she有you一yi個ge類lei比bi增zeng益yi控kong製zhi和he變bian化hua，以yi保bao持chi給gei定ding負fu載zai效xiao率lv持chi續xu性xing
，開kai關guan電dian容rong器qi具ju離li散san增zeng益yi步bu驟zhou，由youVOUT/(增益×VIN)來給定效率


，且這些效率取決於離散增益，一個LDO僅擁有一個增益及3者中最低的效率
，開關電容器穩壓器則有3個不同的電壓增益，即2/3、1/2和1/3。

從SC穩壓器隨著VIN的增長可看出，電壓增益變化從2/3～1/2及1/2～1/3，因此整個負載範圍的效率達最大化
，帶來鋰離子電池電壓範圍 3.4～3.8伏特上80%的功率，在相同應用中的LDO卻僅達到50%效率，隨電感器種類不同
，典型的開關穩壓器應具有88～90%效率。

傳(chuan)統(tong)上(shang)，穩(wen)壓(ya)器(qi)乃(nai)依(yi)據(ju)有(you)效(xiao)數(shu)量(liang)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)，但(dan)由(you)於(yu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)特(te)性(xing)
，要(yao)根(gen)據(ju)時(shi)量(liang)效(xiao)率(lv)或(huo)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)充(chong)分(fen)放(fang)電(dian)所(suo)需(xu)時(shi)間(jian)來(lai)判(pan)定(ding)，根(gen)據(ju)經(jing)驗(yan)，運(yun)用(yong)200毫安培的負載電流，使用典型開關穩壓器，可比使用開關電容穩壓器持續時間多出6～8%，假設最大負載與微處理器中的情況一樣，僅表現到時間的20～30%，則電感開關和開關電容穩壓器間操作時間的差別可忽略。

須在效率與成本之間取舍

開關電容穩壓器的更多增益可能會增加少許效率
，但卻須要增加更多外部電容器和內部場效電晶體(FET)，促使成本上升
，同時也增加解決方案尺寸。上述增益可透過兩個外部電容器或快速電容器(CFLY)取得，這些電容器用於儲存電荷，並將電荷從VIN傳輸到VOUT，除快速電容
，還需一個輸入電容器 (CIN)及輸出電容器(COUT)，輸入電容器指示電壓波紋，而輸出電容器控製輸出電壓波紋，依VIN和VOUT可接受的波紋標準值
，CIN和COUT 值的一般範圍是從1～10微法，且CFLY的數量通常比COUT少，外部電容器透過內部的功率FET在不同的配置中連接到晶片。

為利用開關電容穩壓器來調節輸出電壓，可考慮使用脈波頻率調變(PFM)或脈波寬度調變(PWM)，開關電容穩壓器的輸出阻抗與開關頻率和內部功率FET 的電阻成比例。透過調製輸出阻抗
，可再透過轉換器對給定負載進行降壓;使用回授
，即能控製頻率或內部FET阻抗
，以調節輸出電壓，而PFM方案為較傳統方法。

在PFM類係統中，輸出電壓如高於一個指定值
，穩壓器即進行關機控製，至輸出電壓降到所需值以下時再重新開機，使用PFM控製模式的優勢是操作電壓取決於 VIN和ILOAD，同時兩者皆可調整。負載越高
、操作頻率就越接近指定頻率

，但此操作範圍內的頻率變化可能不適用某些可攜式應用，輸入電壓波紋也取決於 VIN和ILOAD，圖5顯示250毫安培和30毫安培負載的輸出波紋。10微法COUT的輸出波紋將為50毫伏特
，可看到250毫安培負載的波紋頻率高於10毫安培負載的波紋頻率。
 
電壓偏離導致LDO效率降低

LDO在要求的電壓與電池電壓相近時最有效率，但如電壓偏離值很遠時，LDO效率就會降的很低，例如以3.6伏特電壓為一個僅要求1.5伏特電壓的微處理器鋰離子電池充電時，把電池電壓與1.5伏特LDO連接起來，就能為微處理器產生一個完整
、穩定和小量的電源
，但耗電量卻非常明顯。

LDO消耗功率(PD)等於負載電流(ILOAD)與輸入和輸出電壓的差相乘，即PD=ILOAD×(3.6～1.5)=ILOAD×2.3V。換句話說，此例中，如以LDO做降壓轉換器時

，僅產生42%的效率，表示LDO消耗剩餘功率
，且大幅增加晶片(Die)溫度，而此種溫度上升將引發裝置可靠性相關問題。

由(you)於(yu)具(ju)電(dian)壓(ya)增(zeng)益(yi)能(neng)力(li)，開(kai)關(guan)電(dian)容(rong)穩(wen)壓(ya)器(qi)成(cheng)為(wei)比(bi)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)更(geng)有(you)效(xiao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)

，此(ci)電(dian)壓(ya)增(zeng)益(yi)透(tou)過(guo)在(zai)雙(shuang)相(xiang)位(wei)，即(ji)充(chong)電(dian)相(xiang)位(wei)和(he)傳(chuan)輸(shu)相(xiang)位(wei)中(zhong)的(de)堆(dui)疊(die)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)並(bing)行(xing)電(dian)容(rong)器(qi)所(suo)取(qu)得(de)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)與(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)比(bi)率(lv)，如(ru)位(wei)於(yu)增(zeng)益(yi)配(pei)置(zhi)中(zhong)的(de)一(yi)個(ge)開(kai)關(guan)電(dian)容(rong)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)1/2將把一個3.6伏特的輸入電壓(VIN)轉變為1.8伏特的輸出電壓 (VOUT);如要求的輸出電壓是1.5伏特，則功率消耗僅為300毫伏特與負載電流的乘積，相當於83%的效率。

PWM模式可固定操作頻率/工作周期

最近的PWM調控模式處理PFM架構中的各種頻率和高輸出波紋時，多數開關電容穩壓器皆採PWM調製模式，功率FET電阻根據VOUT和ILOAD進行控製，才確實控製快速電容器所提供的充電量，此被稱為預調製。在此模式下，操作頻率和工作周期皆固定
，圖6顯示一個PWM架構輸出波紋，其處於4.7微法 COUT的8～10毫伏特的順序中，可看出在ILOAD變化的情況下波紋可持續，9毫伏特的波紋輸出可與在電感開關穩壓器中的波紋相同。

開關電容穩壓器是新興技術
，結合開關電容器和LDO的(de)優(you)點(dian)，亦(yi)即(ji)將(jiang)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)範(範)圍(wei)的(de)效(xiao)率(lv)和(he)小(xiao)尺(chi)寸(cun)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)整(zheng)合(he)至(zhi)可(ke)攜(xie)式(shi)應(ying)用(yong)中(zhong)，而(er)最(zui)近(jin)拓(tuo)樸(pu)技(ji)術(shu)也(ye)使(shi)用(yong)被(bei)動(dong)元(yuan)件(jian)的(de)更(geng)小(xiao)值(zhi)以(yi)達(da)到(dao)更(geng)低(di)雜(za)訊(xun)，可(ke)攜(xie)式(shi)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)的(de)許(xu)多(duo)功(gong)能(neng)都(dou)要(yao)求(qiu)降(jiang)壓(ya)穩(wen)壓(ya)器(qi)須(xu)具(ju)更(geng)小(xiao)尺(chi)寸(cun)和(he)更(geng)高(gao)效(xiao)率(lv)
，而(er)開(kai)關(guan)電(dian)容(rong)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)為(wei)理(li)想(xiang)選(xuan)擇(ze)。

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