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隨著無線手持設(shè)備、PDA以及其它便攜式電子產(chǎn)品的外形尺寸不斷縮小，其復(fù)雜程度也持續(xù)增加，設(shè)計(jì)工程師將要面對(duì)越來越多的問題，包括電池壽命、板載面積、發(fā)熱量及功率消耗。 

當(dāng)使用DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，效率是zui主要的目標(biāo)。許多設(shè)計(jì)需求都涉及到將確定的電池電壓轉(zhuǎn)換至某個(gè)較低的供電電壓。盡管線性穩(wěn)壓器可實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，但卻無法達(dá)到基于交換調(diào)節(jié)器(switching regulator)類設(shè)計(jì)的效率。本文將探討若干個(gè)設(shè)計(jì)人員在折衷解決方案尺寸、性能集成本所需面對(duì)的，zui常見的問題。 

大信號(hào)響應(yīng)vs.小信號(hào)響應(yīng) 

開關(guān)變換器基于非常復(fù)雜的穩(wěn)壓電路配置，以保持任意負(fù)載情況下的率?，F(xiàn)代的CPU核心電源需要穩(wěn)壓器具有快速及順暢的大信號(hào)響應(yīng)。例如，當(dāng)處理器由閑置狀態(tài)轉(zhuǎn)換至全速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，核心所汲取的電流可非?？焖俚膹娜舾蓚€(gè)微安培(micro-amp)上升至兩百多個(gè)毫安培(milli-amp)。 

隨著負(fù)載狀態(tài)的不斷改變，回路也快速的響應(yīng)著的需求，以確保電壓處于穩(wěn)壓限之內(nèi)。負(fù)載改變的總量及速率決定了回路的響應(yīng)應(yīng)稱為大信號(hào)響應(yīng)還是小信號(hào)響應(yīng)。在此，我們基于某個(gè)狀態(tài)恒定的工作點(diǎn)定義小信號(hào)參數(shù)。因此，我們一般認(rèn)定在恒定狀態(tài)點(diǎn)上下10%的變動(dòng)稱為小信號(hào)改變。 

在實(shí)踐中，誤差放大器具有轉(zhuǎn)換(slew)的限制而不用于控制回路，因?yàn)樨?fù)載的瞬變所發(fā)生時(shí)間非常短，超出了誤差放大器的響應(yīng)范圍，從而，輸出電容將抑制瞬變的電流直至電感電流能“趕上(catch up)”。 

大信號(hào)響應(yīng)可能臨時(shí)性的使回路脫離工作狀態(tài)。盡管如此，還是要求回路在進(jìn)入或脫離大信號(hào)響應(yīng)時(shí)必須平滑順暢。回路的帶寬越寬，對(duì)于負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)程度就越快。 

盡管穩(wěn)壓回路在預(yù)期的小信號(hào)情況下可展示出足夠的增益及相位裕量，但開關(guān)變換器在線路或負(fù)載瞬變時(shí)仍可能出現(xiàn)不穩(wěn)定及振蕩。在選擇外部元件時(shí)，電源設(shè)計(jì)者需要清楚地了解此類限制，否則，其設(shè)計(jì)將難于成功。 

電感選擇 

基本的壓降穩(wěn)壓器如圖1所示，用于圖示說明電感的選擇。
佳工機(jī)電網(wǎng) 
圖1 電感選擇

對(duì)于絕大多數(shù)的TPS6220x應(yīng)用，電感值可選在4.7μH至10μH的范圍內(nèi)。該電感值是基于所期望的紋波電流而選取的。通常情況下，所推薦的工作紋波電流應(yīng)低于平均電感電流的20%。高輸入輸出電壓（VIN 或 VOUT）同樣會(huì)增加了紋波電流，如下面的方程1所示。很明顯的，電感必須能處理此類峰值轉(zhuǎn)換電流，以避免核心電路的飽和狀態(tài)（意味著電感的能量損失）。
佳工機(jī)電網(wǎng)

在以更高的輸出電壓紋波為代價(jià)時(shí)，小電感將導(dǎo)致更高的輸出電流轉(zhuǎn)換速率，從而改善轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載的瞬變響應(yīng)。大電感則會(huì)降低紋波電流并降低線圈的磁滯損耗(magnetic hysteresis losses)。 

總體的線圈損失可并入到損耗電阻(Rs)之中，在此把實(shí)際的電感看成損耗電阻與理想電感的串聯(lián)。從而簡(jiǎn)化了等效電路，如圖2所示。
佳工機(jī)電網(wǎng) 
圖2 簡(jiǎn)化等效電路

盡管Rs上的損失是頻率相關(guān)的，但直流阻抗(RDC)還是一直作為數(shù)據(jù)表中的規(guī)范參數(shù)進(jìn)行定義。該阻抗取決于所采用的繞線材料或SMD（表面貼裝器件）電感的構(gòu)建類型，并在室溫下通過簡(jiǎn)單的電阻測(cè)量得到。 

直流阻抗的大小對(duì)線圈溫度的升高有著直接的影響。因此，應(yīng)極力避免超過額定電流的現(xiàn)象。 

總體的線圈損耗同時(shí)包括了直流阻抗RDC的損耗以及取決于頻率變化的損耗分量： 

• 線圈材料損耗（磁滯損耗、渦流[eddy-current]損耗） 
• 電感附帶的趨膚效應(yīng)損耗（高頻電流轉(zhuǎn)換） 
• 鄰近線圈的磁場(chǎng)損耗（鄰近效應(yīng)） 
• 輻射損失 

上述所有的損失分量都可歸結(jié)于串聯(lián)的損耗電阻(Rs)。損耗電阻主要用于定義電感的品質(zhì)。但不足的是，數(shù)學(xué)上定義的損耗電阻Rs與實(shí)際并不相符。因此，電感通常需要采用阻抗分析儀進(jìn)行整個(gè)頻帶的測(cè)量。該測(cè)量可給出獨(dú)立的分量XL(f)、Rs(f) 以及 Z(f)。 

感應(yīng)線圈的電抗(XL)與總體電阻(Rs)的比值通常稱為品質(zhì)因數(shù)Q，如方程2所示。品質(zhì)因數(shù)定義了電感的品質(zhì)特性。損耗越大，則電感作為儲(chǔ)能單元的效果也就越差。a