开关电源电路中电容、电感知识点

①输入电容器电容确定降压型DCDC转换器的输入电容器的容量时有哪些注意事项？

原则上请参考各IC的技术规格书中列出的推荐元器件及其值。另外，由于电容器的有效电容因施加到电容器的直流电压而异，因此，请参考由电容器制造商提供的表示直流电压与电容量之间的关系的特性曲线图等，选用可以确保与推荐产品具有相同有效容值的电容器。同时，也需要遵守等级等要求。

想请教一下如何确定输入电容器的电容值。

从电源IC稳定运行的角度来看，首先要考虑技术规格书中的推荐产品和常数。此外，当因EMC对策等因素而需要降低输入纹波电压或尖峰噪声时，请考虑选用与各频段和所需阻抗特性相匹配的电容器。

陶瓷电容器实际电容量会根据陶瓷电容器的直流偏置特性而变化，但是阻抗特性也会相应地发生变化吗？

当实际电容量因直流偏置而减小时，谐振点会移至高频段，因此阻抗特性也会改变。

考虑到陶瓷电容器的直流偏置特性，在实际使用的电压范围内选择电容量变化较小的电容器尺寸，这种做法是否正确？

正确。但是，电容量变化较小的电容器通常尺寸较大。如果出现空间限制问题，可以在考虑到直流偏置特性引起的电容量变化的基础上，选用实际电容量与推荐值同等的电容器。

在选择输入电容器时，为什么要选择低阻抗电容值的陶瓷电容器？

通常，陶瓷电容器容量值越低，自谐振频率越高，电容器的功能就越高。DC/DC转换器开关工作的频率分量主要有开关频率（几百kHz～几MHz）和开关上升/下降频率（100 MHz～）两种。特别是为了抑制后者～的电源波动，需要具有低容量值的陶瓷电容器。

在输入端并联布置电解电容器和陶瓷电容器的原因是什么？

可以认为这取决于应用产品的设计规格，但是大容量电解电容器是在应用产品电源OFF时起到延缓输入电压衰减的作用，而陶瓷电容器的ESR很小，因此针对类似开关电流这样的急剧电流变化，起到提供电荷的作用，两者的使用目的不同。

如果电容量因输入陶瓷电容器的直流偏置特性而发生了变化，是否有必要重新确认阻抗特性？

随着直流偏置特性引起的容值衰减，谐振频率等阻抗特性也会发生相应的变化。需要联系电容器制造商来获取相对于直流偏置的阻抗特性，并据此进行选型；或者采用在使用电压中因直流偏置特性而引起的电容下降程度可接受的额定电压高的MLCC。

如果电容量因输入陶瓷电容器的直流偏置特性输入旁路小容量陶瓷电容器和大容量电容器哪一个应该更靠近IC进行布置？

请将旁路电容器更靠近IC进行布置。这是因为旁路电容器是用来应对单位时间的较大电流变化的，如果距离过远，布线中的寄生电感就会增加，其效果就会减小。

其他对于去耦电容器来说，当希望对多个频率采取对策时，布置多个与各频率相对应的电容器比较好，还是统一选择正合适的常数比较好？另外，如果布置多个电容器，是否有不利影响？

建议根据频率布置多个电容器。不利影响在于，如果布置多个具有不同自谐振频率的电容器，则可能在它们之间的频率内发生反谐振，并且反谐振频率处的噪声特性可能会恶化。另外温度补偿开关那边是开，关于多个电容器的布置，最好将自谐振频率高的电容器（主要是小容量电容器）靠近IC进行布置，反之，如果将自谐振频率高的电容器布置在离IC较远的位置，则自谐振频率会因到电容器之间的布线感抗而移至低频段，最终可能无法获得预期的特性。

电解电容器在选择电容器时，很多情况下技术规格书中并没有列出电解电容器的ESR值。ESR值应如何确认？

包括ESR在内的各详细值，请与电容器制造商联系。

当输入/输出电容器使用电解电容器时，有什么注意事项？

需要确认输入电压和输出电压的纹波波形是否在容许范围内。这是因为电解电容器的ESR通常大于陶瓷电容器的ESR。另外还应注意其温度特性不如陶瓷电容器的温度特性这一点。

工作为什么需要输入电容器？

需要输入电容器来稳定输入电压。

②电感电感值（L值）请教一下为了减小DC/DC转换器的纹波电流⊿IL而增加电感器的电感值的缺点，以及反之减小电感值的缺点。

增加L值的缺点在于需要增加输出电容器的容量以保持负载响应性能，并且电感器的尺寸也会增加。

降低L值的缺点在于纹波电压会增加。当使用极小的L值时，纹波电流会变大，因此需要确认在正常工作期间未达到电源IC的过电流检测值。

如果预测最大负载电流并将电感的L值设置得较大，那么在实际运行中，当输出电流低于最大负载电流时，运行和特性是否会出现问题？换句话说，如果L值过大，是否会有不利影响？

如果与推荐值差距太大，就可能需要调整相位补偿。由于电源的频率特性会根据L值而变化，因此需要确认稳定性和响应性是否存在问题。另外，某些IC具有指定的电感值，在这种情况下，请遵循指定的电感值。

有时更改推荐的电感值（L值）可能会提高效率，但是有什么与之对应的权衡项吗？

使用大于推荐值的电感值，有时可以提高轻负载时的效率。作为其权衡项，频率特性和纹波电流的大小会相应地发生变化，因此需要充分验证并确认其运行和动作情况。

电感的L值过大时有什么不利影响？

不利影响包括负载响应性能下降、电感尺寸增加。此外，某些IC控制方式可能会对L值有限制，如果使用超出限制的L值的电感，则可能会损害控制环路的稳定性。

当实际使用的输出电流为技术规格书中应用电路的输出电流值的一半左右时，是否应根据实际使用情况更改电感的L值？

最好设置在技术规格书的应用电路中的电感值和推荐电感值范围内。例如，假设实际使用的电流为1/100，电感值将大幅增加，变得不现实。考虑到这些因素，虽说得其大者可以兼其小，但是会出现一些浪费或不合理，因此应该选择输出电流与实际使用的电流相匹配的电源。

当增加输出电感的电感值时，为什么也要增加输出电容器的电容量？

这是为了补偿相对于输出负载电流波动的响应性能波动。

为了降低输出纹波电压而增加电感值有哪些弊端？

增加L值的弊端在于需要增加输出电容器的容量以保持负载响应性能，并且电感器的尺寸也会增加。

为了减少纹波电流⊿IL而增加电感器的电感值有什么缺点？

电感值较大的电感器往往尺寸也较大，成本也较高。

当使电感值（L值）大于推荐电路中的L值时，需要确认哪些项目？

如果增大电感值，则对于相同尺寸的电感来说，额定电流值可能会减小，因此需要确认是否满足额定电流值要求。在运行方面，负载响应性能会下降，因此需要确认负载变化时的电压波动情况。此外，某些IC的频率特性会随着电感值的变化而变化。特别是对于电压模式控制的IC来说，尤其需要确认频率特性，并确认输出电压相对于负载电流瞬变是否稳定。对于电流模式的IC来说，如果已经指定了电感值的范围，则需要在指定范围内选择，否则运行可能会变得不稳定。

其他在DCDC转换器的电感选型过程中，DCR和ACR会产生怎样的影响？

影响电源效率。当DCR较大时，电感平均电流和DCR引起的损耗会增加。另外，当ACR较大时，电感纹波电流和ACR引起的损耗会增加。

可以在电感电流不连续模式下使用IC吗？

没问题，但是有一个缺点，即负载电流急剧变化时的响应性能比连续模式下要差。

为什么电感纹波电流的上升和下降斜率不同？

这是因为电感两端被施加的电压不同。当高边开关导通时，Vin-Vout的电位差将施加到电感。当高边开关关断时，则0V-Vout的电位差会施加给电感。

为了抑制纹波电流而增加L值或增加输出电容器对相位补偿有影响吗？

增加（改变）输出的L值或C值会影响电源电路的频率（相位）特性。但是，如果输出的L值和C值在技术规格书中给出的上限值和下限值范围内，则可以通过调整相位补偿元器件的值来使运行稳定。

额定/饱和当DC/DC转换器的输出电流有规定的范围（例如0.5A～3.0A）时，如何确定电感的常数？

根据最大电流来选择元器件。例如在0.5A～3.0A这个电流范围示例中，请按照3A来计算。

如果IC具有过电流检测功能，是否需要将输出电感饱和电流设置为过电流检测值以上的值？

当流过的负载电流超过电感的饱和电流时，纹波电流的增加量会超出预期，甚至会达到过电流检测值，因此，建议将输出电感饱和电流设置为过电流检测值以上的值。

为什么将电感的纹波电流⊿IL设置为输出电流的30-40％？

当将⊿IL设置为输出电流的30~40%时，可以平衡效率/负载响应/稳定性等电源性能。

电感的磁饱和与温度有关吗？

如果芯材是铁氧体，则在高温条件下容易发生磁饱和。如果芯材是金属，从材料特性方面看，不太容易发生磁饱和。

电感选型时有哪些注意事项？

选型时需要注意开关电流的峰值不要超过电感的直流叠加电流额定值。

关于电感的选型，有一种做法是选择相对于饱和电流的计算值具有足够余量的电感，但是应该留出多少余量才算是“足够的余量”？

通常认为应该有20％左右的余量，但最终需要通过仔细确认技术规格书中的各种特性来决定。

电感的选型示例一般描述为“从饱和电流为xxA以上的xxμH电感开始”，最终应该如何决定？

最终需要实际装机确认相位特性和负载响应特性之后进行判断。

电感的直流叠加容许电流应该有多少余量？

从IC的稳定运行角度上看，通常只要在电感制造商规定的容许电流值以下，基本上就没有问题。

电感的直流叠加特性在所使用的电流中容许的下降程度大致是多少？

与直流叠加特性中的L值衰减相对应的容许电流值是由电感决定的，因此选择时应使其在该电流范围内。

电感饱和电流应该有多少余量？

通常认为应该有20％左右的余量，但最终需要通过仔细确认技术规格书中的各种特性来决定。

如果在电感的额定电流值以下的条件下使用，通常会引起磁饱和吗？另外，引起磁饱和的电流值会在技术规格书中给出，还是只能通过实测才知道？

只要电流低于额定电流值，就不会引起磁饱和。该值可以通过实测来获取或通过与电感制造商联系来获取。

关于直流叠加特性，应该将百分之多少的减少率视为可用范围？

直流叠加特性是以“Isat”表示的，减少率（例如20％或30％）因电感制造商和产品而异。因此需要充分确认要使用的电感的规格书之后再作出判断。

③输出电容器ESR（等效串联电阻）当使用电解电容器等ESR较大的电容器时，除了纹波电压以外，是否还有其他问题？

频率特性可能会改变。需要确认相位裕度和运行稳定性。

输出纹波为什么会产生输出纹波电压？

在开关电源中，因为开关（反复ON/OFF）和使用电感而产生纹波电流。这种纹波电流和输出电容器的ESR会导致纹波电压产生。

降低输出纹波电压的设计是否是通常做法？

供电元器件和电路不同，所容许的纹波电压也不同。例如，当作为传感器、微小信号的放大电路、低电压工作的微控制器以及FPGA等的电源使用时，通常采用降低低纹波电压的设计。

电容当DC/DC转换器的输出电流有规定的范围（例如0.5A～3.0A）时，如何确定输出电容器的常数？

根据最大电流来选择元器件。例如在0.5A～3.0A这个电流范围示例中，请按照3A来计算。

当增加输出电感的电感值时，为什么也要增加输出电容器的电容量？

这是为了补偿相对于输出负载电流波动的响应性能波动。

确定降压型DCDC转换器的输出电容器的容量时有哪些注意事项？

原则上请参考各IC的技术规格书中列出的推荐元器件及其值。另外，由于电容器的有效电容因施加到电容器的直流电压而异，因此，请参考由电容器制造商提供的表示直流电压与电容量之间的关系的特性曲线图等，选用可以确保与推荐产品具有相同有效电容的电容器。同时，也需要遵守等级等要求。

能否提供获取输出电容器的合理容值时的具体示例？

输出电容器的合理容值因所使用的IC和条件而异，因此，原则上，需要在参考IC技术规格书中给出的常数基础上，根据期望的输出纹波电压和负载响应特性，通过实际装机确认来进行调整。

工作为什么需要输出电容器？

当负载电流发生变化时，需要使用输出电容器来稳定输出电压。

④软启动DCDC转换器电源启动时的浪涌电流可以减少，能否消除呢？

给输出电容器充电时会流过浪涌电流，因此无法消除。但是，可以通过减慢电源的上升时间来充分降低浪涌电流的峰值。

想知道与软启动有关的启动失败的机制。

当输出容值过大时，会发生启动失败的情况。在启动期间，会给输出电容充电，但是如果输出电容过大，那么当在软启动期间内未完成充电且输出电压未充分升高，达到过电流保护或短路保护的条件时，这些保护功能被激活，从而发生启动故障。

当软启动时间长=输出电容器的容量大时可能会导致启动故障，是否可以通过计算来判断是否会发生启动故障？

各IC的技术规格书中会提供指导性计算方法，基本上遵循技术规格书中给出的计算方法。最终需要通过实际装机来确认和判断。

应该根据哪些要求来确定软启动时间？

确定软启动时间时，要满足供电器件的要求规格。但是，如果软启动时间过短，就需要注意流向输出电容器的冲击电流（Irush）。对于具有过电流保护功能的IC，需要注意避免启动时的冲击电流Irush成为激活过电流保护功能的条件。要抑制冲击电流，就需要降低Cout并延长启动时间。

软启动时间应该设置为多少比较好？

基本上由用户根据使用条件来决定。有时也可以根据供电器件来规定上升时间。如果软启动时间设置得较短，就需要注意浪涌电流（如果有浪涌电流）。

输入的浪涌电流可能会使保险丝熔断。作为对策，在软启动、输出电容器及输入电容器等方面，应该考虑的要点是？

由于浪涌电流有可能超出预期，因此可以考虑采取诸如延长软启动时间、减小产生浪涌电流的部分的电容器容量等对策。

⑤输出电压设置电阻由于用于设置输出电压的电阻也会成为负载，因此，如果电阻值较小，多余的输出电流就会增加，效率会下降，那么是否应该尽可能地提高电阻值呢？

就减少不必要的输出电流而言，电阻值大一些更好，但是需要注意的是，如果电阻值过大，FB线路的阻抗就会增加，并且很容易受到外来噪声的影响。

如何确定输出电压的公差？

如果是具有外置电阻的输出电压可调型，基本上取决于IC的基准电压精度公差和输出电压设置电阻公差。如果是电压恒定型，则以IC技术规格书中的规定为准。

想知道用于计算输出电压公差的公式。

如果是具有外置电阻的输出电压可调型，IC的基准电压精度公差和输出电压设置电阻公差就是参数。基本上是在输出电压设置公式中代入各公差来计算。

是否有必要考虑FB引脚电流对输出电压设置电阻的影响？

严格来讲是有影响的，请按照技术规格书中推荐常数的量级（位数）来调整电阻值。输出电压由分压比决定，但如果推荐是24kΩ+30kΩ，那么请按照kΩ量级来调整电阻设置。

⑥自举电容器技术规格书等资料中是否会提供自举电容器的推荐容值？

技术规格书中会提供。

推荐的是0.1µF的自举电容器，请问是应该考虑到电容器的直流特性、交流特性和温度特性来选择可以确保最小电容0.1µF的电容器，还是只是简单地选择一个0.1µF的电容器即可？

请选择能够确保有效电容为0.1 µF的电容器。

有没有可以计算自举电容器容量的公式？

“对于自举电容器而言，直接使用技术规格书中的推荐值即可。

自举电容器选型不当是否会导致损坏？

不可能会因自举电容器的选型不当而被损坏。当电容器的容量过大时，电容器将无法充分充电，Vgs会不足；当电容器的容量过小时，由于电容器中的充电电荷不足，同样Vgs也会不足。因此，根据不足的程度，高边可能会延迟导通或不导通，故可能会出现输出电压下降或停止运行的情况。

如果自举电容器的容量过大，根据内部电源的能力，BOOT电压的上升速度可能会变慢，为什么？

BOOT电压取决于电容器的充电电流量，因此，如果只是内部电源的电流供给能力很低，那么BOOT电压的上升速度就会变慢。建议使用与技术规格书中的推荐常数相近的值。

对于开关占空比显着变化的应用，应如何考虑自举电容器的电容量？

如果电容器的容值为推荐值，则即使占空比发生变化也没有问题。但是请注意，如果容值显著大于技术规格书中的推荐值，那么当导通占空比变大、充电时间变短时，可能会发生误动作。

自举电容器的容量为什么比高边的栅极容量要足够大？

这是因为通过自举电容器中存储的电荷来驱动高边的栅极，如果高边的栅极电容更大，将无法提供足够的电荷来驱动，并且的导通将会花费更长的时间。

自举电路的外置电容器的选择是否会影响最大占空比（max duty）？

通常，最大占空比的公式中不包括电容器的参数，但如果电容量过大，就可能会产生影响。自举电路的电容器请使用技术规格书中的推荐值电容器。

如果大幅提高上下Nch结构的同步整流DC/DC的自举电容器容量（例如推荐值的10倍），是否会有问题？

如果容量过大，则IC内部电源的电流供给能力将不足以充分充电，FET可能无法充分导通。

如何计算上下Nch结构同步整流DC/DC的自举电容器的容量下限？

自举电容器的推荐值因IC而异温度补偿开关那边是开，但是ROHM公司的推荐值经评估确认，在推荐值的一半以内是可以工作的。但是，最终需要实际装机进行充分确认。原则上建议使用推荐值。

工作关于用来驱动Nch高边的自举电路，是如何确保为电容器充电的电压的呢？

很多IC的设计是使用IC内部生成的IC工作用电源，具体请仔细确认技术规格书。

规格书中没有给出输出内置型IC的的VGS阈值，如何判断自举电容器是否合适？

由于未公开内置的参数，因此请直接使用技术规格书中关于自举电容器的推荐值。

什么是自举？

“当在高边使用N-ch 时，通过升压生成驱动所需的栅极电压。

自举电压过高是否会出现问题？

如果超过IC的耐压，可能会导致IC损坏。对于自举电容器，直接使用技术规格书中的推荐值即可确保正常工作。

本文到此结束，希望对大家有所帮助。