DC转换器中的贴片电感与电容

　　随着手机、PDA以及其它便携式电子产品在不断小型化，其复杂性同时也在相应提高，这使设计工程师面临的问题越来越多，如电池使用寿命、占板空间、散热或功耗等。

　　使用DC转换器主要是为了提升效率。很多设计都要求将电池电压转换成较低的供电电压，尽管采用线性稳压器即可实现这一转换，但它并不能达到基于开关稳压器设计的效率。实际上，误差放大器处于压摆范围内，由于负载瞬态发生速度超过误差放大器的响应速度，放大器并不控制环路，所以，在贴片电感电流达到要求之前，由输出电容器满足瞬态电流要求。

　　大信号响应会暂时使环路停止工作。不过，在进入和退出大信号响应之前，环路必须提供良好的响应。环路带宽越高，负载瞬态响应速度就越快。 从小信号角度来看，尽管稳压环路可以提供足够的增益和相位裕度，但是开关转换器在线路或负载瞬态期间仍然可能出现不稳定状态和振铃现象。在选择外部元件时，电源设计工程师应意识到这些局限性，否则其设计就有可能遇到麻烦。

　　一、贴片电感选型

　　电感器的电感值范围为4.7uH～10uH。电感值的选择取决于期望的纹波电流。一般建议纹波电流应低于平均电感电流的20%。如等式1所示，较高的VIN或VOUT也会增加纹波电流。电感器当然必须能够在不造成磁芯饱和(意味着电感损失)情况下处理峰值开关电流。

　　以增加输出电压纹波为代价，使用低值电感器便可提高输出电流变化速度，从而改善转换器的负载瞬态响应。高值电感器则可以降低纹波电流和磁芯磁滞损耗。 可将线圈总损耗结合到损耗电阻(Rs)中，该电阻与理想电感(Ls)串联，简化等效电路。

　　良好设计的电感器效率降低微乎其微。不同的磁芯材料和形状可以相应改变电感器的大小/电流和价格/电流关系。采用铁氧体材料的屏蔽电感器尺寸较小，而且不辐射太多能量。选择何种电感器往往取决于价格与尺寸要求以及相应的辐射场/EMI要求。

　　二、输出电容器的基本选择取决于纹波电流、纹波电压以及环路稳定性等各种因素。 它有效串联电阻(ESR)和电感器值会直接影响输出纹波电压。利用电感器纹波电流((IL)和输出电容器的ESR可以简单地估测输出纹波电压。

　　因此，设计时应当选用ESR尽可能低的电容器。例如，采用X5R/X7R技术的4.7uF到10uF贴片电容器表现为10m(范围的ESR值。轻负载(或者不考虑纹波的应用)也可以使用容值更小的电容器。

　　TI的控制环路架构使您能够采用自己优选的输出电容器，同时还可以补偿控制环路，以实现较好的的瞬态响应和环路稳定性。当然，内部补偿能够理想地支持一系列工作条件，而且能够敏感地响应输出电容器参数变化。

　　TPS6220x系列降压转换器具有内部环路补偿功能。因此，必须选择支持内部补偿功能的外部LC滤波器。对于此类器件而言，内部补偿适合16kHz的LC转角频率，即10uH电感器与10uF输出电容器。在选择更小的电感器或电容器值时，会造成转角频率增加至更高频率，因此这一点尤为重要。

　　在从负载瞬态出现到打开P-MOSFET期间，输出电容器必须提供负载所需的全部电流。输出电容器提供的电流会造成经过ESR的电压降低(从输出电压中扣除)。ESR越低，输出电容器提供负载电流时的电压损耗就越低。为了降低解决方案尺寸并且提升转换器的负载瞬态性能，建议采用4.7uH电感器和22uF输出电容器。