如何为便携式系统选择电容和电感元件(上),How to Choose capacitance and inductance components in portable system(A)

关键字：电感选择,电容选择,降压转换器

影响直流偏置的因子有K、介电层厚度、额定电压的比例因子，以及材料的晶粒度。电容上的电场使内部分子结构产生“极化”，引起K常数的暂时改变，不幸的是，是变小。电容的外壳尺寸越小，由直流偏置引起的电容量降量百分比就越大。若外壳尺寸一定，则直流偏置电压越大，电容量降量百分比也越大。系统设计人员为节省空间用0603电容代替0805电容时，必须相当谨慎――除非用预定类型的电容对转换器进行了测试。规格说明书中推荐的是0603电容。

图2所示为在某典型便携式应用产品的使用环境温度范围内，直流偏置对几种不同电容的影响。查看图中的直流偏置特性，可看到，厂商A生产的10μF，6.3V 0603电容在1.8V 直流偏置及-30°C下的电容量值为5.75μF。需注意电容器和电容量之间的区别。电容量是从应用的角度看到的电容的实际值。厂商C生产的相同电容器在同样条件下的电容量值为3.5μF。事实上，厂商A的4.7μF电容差不多与厂商C的10μF电容一样好。

因此，请记住应该向厂商索取在应用的预定直流偏置电压下的电容值曲线。例如，采用2.5V输出电压时，系统设计人员必须查看2.5V时的直流偏置。使开关稳定性最好的最小电容值可在开关的规格说明书中查到。在确定用于便携式电源解决方案材料清单(BOM)的电容双重来源时，厂商间的差异也必须考虑到。

上述决策不应该留给采购人员，除非他们能给出很好的建议。电容器生产商往往喜欢出示单独的曲线，如电容量随温度的变化曲线，另一条是电容量随直流偏置的变化曲线。不过，他们不会同时给出两条，但实际应用恰恰需要两条。应该记住向生产厂商索要系统最常用电压的综合曲线。

例如，基带内核微处理器的常用电压有1.3V、1.5V和1.8V。I/O和硬盘驱动器使用1.8V、2.5V或3.3V。RF功率放大器电源的输出电压范围为0.8 到3.4V。

选择输入电容时，必须考虑到输入电压范围。对锂离子电池而言，这个范围为3 到 4.3V，当插入充电器时，可高达5.5V。

从系统的角度来看，阻抗/ESR与频率的关系曲线也很重要。用于2MHz开关的电容可能并不适合于5MHz开关。开关设计中，电容的谐振频率是一关键规格参数。当开关频率接近输出电容的谐振频率时，输出电压纹波最小。

例如，4.7μF和10μF 0603电容的谐振频率范围都为2 到 3MHz。但1μF 0603电容的谐振频率在6MHz左右，1μF 0402电容的近10MHz。工作频率高于谐振频率时，阻抗实际上是电感性的。如果没有正确的补偿，将产生稳定性问题，且开关的纹波增加。最后但并非不重要的是，陶瓷电容的生产容限是在1 kHz频率、1V rms或0.5V rms电压下规定/测试的，但实际应用的条件差异非常大。在较低的rms电压下，电容额定值要小得多。对一个典型的开关，纹波电压范围为5到30mV。

作者：Mathew Jacob，美国国家半导体公司应用工程经理，Email: mathew.jacob@nsc.com