圖 5a：L = 10μ H / COUT = 10μ F
圖 5b：L = 4.7μ H / COUT = 22μ F
圖 1：電感選擇 多數 TPS6220x 應用的電感值都在 4.7～10μ H 之間，實際值則由漣波電流要求決定。一般 而言，漣波電流最好不要超過平均電感電流的兩成。另外，如公式 1 所示，輸入或輸出電 壓升高也會增加漣波電流。當然，電感必須能承受峰值開關電流而不會造成核心飽和，否 則電感的功耗就會變大。
器時，最好不要讓 LC 乘積的移動範圍太大，尤其較小的電感或電容可能會將轉角頻率移 到更高的頻率，因此在選擇這類零件時要特別注意。 在從負載暫態出現到 P-MOSFET 導通為止的這段時間裡，輸出電容必須提供負載所需的 全部電流。輸出電容提供的電流會在等效串聯阻抗的兩端產生電壓降，這個電壓降必須從 輸出電壓扣除。等效串聯阻抗越小，輸出電容提供電流給負載時的電壓損失就越少。為了 將 TPS62200 轉換器的解決方案體積減到最小，並且改善其負載暫態響應能力，最好搭配 4.7μ H 電感和 22μ F 輸出電容。 圖 5a/5b：TPS62204 在 3.6V 輸入電壓及 1.6V 固定輸出電壓下，搭配不 同濾波器所得到的負載暫態效能
圖 4：TPS62204 (1.6V) 搭配 RDC = 240mΩ 和 ISAT = 700mA 的 4.7μ H 線繞 電感時，所得到的效率、負載電流和輸入電壓關係圖 輸出電容 拿掉輸出電容可以節省成本和電路板空間。輸出電容的基本選擇考量包括漣波電流、漣波 電壓和迴路穩定性。 輸出電容和電感的等效串聯阻抗 (ESR) 會直接影響輸出漣波電壓。輸出漣波電壓則能從 電感漣波電流 (Δ IL) 和輸出電容的等效串聯阻抗輕易估算出來。 為了減少漣波電壓，應選擇等效串聯阻抗最小的電容，例如採用 X5R/X7R 技術的 4.710μ F 電容就能將等效串聯阻抗減到 10mΩ 左右。如果負載較小或應用對於漣波並不在 意，那麼也可採用較小的電容。 德州儀器的控制迴路架構能讓設計人員選擇所用的輸出電容和補償控制迴路，以便得到最 好的暫態響應及迴路穩定性。元件內部補償功能通常都有一組最合適的操作條件，且很容 易受到輸出電容特性的影響。 TPS6220x 系列降壓轉換器都內建迴路補償功能，因此選擇外部 LC 濾波器時，必須確保 它能與內部補償電路搭配作業。這款元件的內部補償電路已經針對 16kHz 的 LC 轉角頻率 最佳化，這相當於 10μ H 電感和 10μ F 輸出電容。根據經驗法則，在選擇不同的輸出濾波
電感核心材料的功耗 (磁滯功耗和渦流功耗) 集膚效應 (電流在高頻時集中到導線表面的現象) 造成的額外電感功耗 附近其它線圈造成的磁場功耗 (近接效應) 輻射功耗 這些功耗零件可合併成一個代表電感品質的串聯功耗電阻 Rs。但 Rs 無法經由數學計算求 出，所以廠商通常會利用阻抗分析儀測量電感在整個頻率範圍內的阻抗特性，包括電感的 XL(f)、Rs(f) 和 Z(f) 等個別分量。 如公式 2 所示，電感線圈電抗 (XL) 與總電阻 (Rs) 的比值是電感品質的特性參數，又稱 為品質因數 (Q)。電感的功耗越大，做為儲能元件的效果就越差。
圖 2：簡化後的等效電路 雖然 Rs 的功耗與頻率有關，電感的直流阻抗 RDC 卻必然是規格表上列出的值。這個直流 電阻值是在室溫下透過簡單的電阻測量而得，其值與線圈材料或 SMD 電感結構有關。 直流阻抗 RDC 的體積會對線圈溫度的升高產生直接影響，而電感電流也應避免超過額定值 太久。 電感線圈的總功耗包括直流阻抗 RDC 和下列頻率相關零件的功耗：
I L
VOUT 1 VOUT 1 V f L IN

(1)
小電感雖能提高輸出電流迴轉率，從而改善轉換器的負載暫態響應，但也會造成輸出電壓 漣波變大。大電感則能降低漣波電流，減少電感核心的磁滯功耗。 電感線圈的總功耗可由功耗電阻 Rs 代表，再與理想電感 Ls 串聯後，即為圖 2 簡化後的等 效電路。
為可攜式應用 DC/DC 轉換器選擇最合適的電感與電容
作者：Christophe Vaucourt 隨著無線手機、PDA 和其它可攜式電子產品不斷縮小，功能又日益複雜，設計工程師正 面對著越來越多來自於電池壽命、電路板面積、散熱及耗電的問題。 效率通常是使用直流電源轉換器的主要原因。許多設計利用線性穩壓器把電池電壓轉換為 較低的電源電壓，但效率卻比不上採用交換式穩壓器的設計。本文將說明設計人員在衡量 解決方案的體積、效能和成本時，所面對的一些常見問題。 大訊號與小訊號響應 交換式轉換器採用複雜的穩壓機制，因此無論負載大小都能維持高轉換效率。現代處理器 的核心電源需要穩壓器提供良好快速的大訊號響應能力，例如處理器從閒置狀態切換到全 速操作模式時，核心電流需求將從數十微安培迅速增至數百毫安培。 當負載狀態改變時，控制迴路會迅速回應，以便將電壓維持在穩壓範圍內。至於迴路響應 是大訊號響應或小訊號響應，則要由負載改變的程度和速率決定。小訊號參數通常是根據 穩態操作點所定義，本文將幅度少於穩態操作點 10%的變化稱為小訊號變化。 在實際應用裡，誤差放大器的電壓迴轉率有其上限，再加上負載暫態通常都快於誤差放大 器響應速度，因此它不可能在暫態發生時立即控制迴路，必須先由輸出電容提供所需的暫 態電流，直到電感電流跟上為止。 大訊號響應會讓迴路暫時失去作用，因此迴路必須儘快跟上暫態變動，並在完成大訊號響 應後回到正常操作。一般而言，迴路頻寬越大，迴路的暫態負載響應速度就越快。 雖然穩壓迴路的增益和相位邊限對小訊號或許已經足夠，但交換式穩壓器仍可能在輸入電 源或負載暫態時變得不穩定或出現鈴振現象 (ringing)。因此電源供應設計人員在選擇外部 零件時，就必須瞭解這些限制，否則他們的設計可能會出問題。 電感選擇 本文將以圖 1 所示的基本降壓穩壓器為例，說明如何選擇電感。
Q X L L 電抗 RS RS 總電阻
(2)

圖 3a/3b：RDC = 240mΩ 和 ISAT = 700mA 的 4.7μ H 線繞電感
圖 3a：品質因數與頻率 (Hz) 關係圖
圖 3b：功耗電阻 (Ω ) 與頻率 (Hz) 的關係圖
圖 3a 和 3b 的品質與頻率關係圖都能協助特定應用選擇最合適的電感。從品質曲線的測量 結果可發現：頻率低於轉折點 (Q 值最大) 的部份都屬於功耗較小的操作區，但電感若用 於轉折點以上的更高頻率，其功耗就會快速增加 (Q 值下降)。 適當設計的電感可大幅減少效率損失。隨著核心材料及形狀不同，電感的體積/電流和價 格/ 電流關係都會改變。採用鐵氧材料的隔離電感就能縮小體積和減少電磁輻射。一般而 言，電感的選擇除了要考慮價格和體積要求外，還要注意磁場輻射及電磁干擾。