womendouqingchudekandaoshouchishizhuangzhihexinchuliqidegongdiandianyariyijiangdi，danyaojianguxiaolvyudianchishouming，queshilingyixiangtiaozhan。zaijiangyazhuanhuanguochengzhongzuichangliyongdeshikaiguanwenyaqiheLDO穩壓器
，但缺點在於尺寸太大，LDO如電壓偏離值很大時，轉換效率就驟降，開關電容穩壓器為新興技術
，結合開關電容器和LDO優點，可整合至可攜式應用中。通常開關電源的效率問題是目前大家比較關心的問題，那麼怎麼提升這個效率呢，且看下文。

 

設she法fa降jiang低di核he心xin處chu理li器qi的de供gong電dian電dian壓ya是shi手shou持chi式shi裝zhuang置zhi的de全quan新xin技ji術shu趨qu勢shi之zhi一yi

，而er在zai降jiang壓ya的de同tong時shi，也ye必bi須xu兼jian顧gu以yi更geng高gao效xiao率lv延yan長chang電dian池chi壽shou命ming的de需xu求qiu。目mu前qian這zhe些xie裝zhuang置zhi裡裡有you多duo種zhong新xin功gong能neng都dou有you降jiang壓ya轉zhuan換huan需xu求qiu，如ru應ying用yong處chu理li器qi

、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
？

 

 

隨著VIN的上升
，由轉換器產生的VIN和VOUTjiandenengliangzengjiajiangyinqigonglvhaosunhexiaolvxiajiang。jiejueciwentisuo採qudemoshiweizhuanbianyigegenggaodexiaolvzengyi
，rutongqichetihuandangweiyiban。kaiguandianrongqileibisheyouyigeleibizengyikongzhihebianhua
，yibaochigeidingfuzaixiaolvchixuxing，kaiguandianrongqijulisanzengyibuzhou，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yong200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。

 

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。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。

 

 

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。

 

 

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。

 

開關電容穩壓器是新興技術結合了開關電容器和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)撲(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)。