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下圖所示三種變換器的工作原理都是先儲存能量，然后以受控方式釋放能量，從而得到所需要的輸出電壓。對某一工作來講，最佳的開關式DC/DC變換器是可以用最小的安裝成本滿足系統總體需要的。這可以通過一組描述開關式DC/DC變換器性能的參數來衡量，它們包括：高效率、小的安裝尺寸、小的靜態電流、較小的工作電壓、低噪聲、高功能集成度、足夠的輸出電壓調節能力、低安裝成本。 工作效率 ①電感式DC/DC變換器：電池供電的電感式DC/DC變換器的轉換效率為80%～85%，其損耗主要來自外部二極管和調制器開關。 ②無電壓調節的電荷泵：為基本電荷泵（如TC7660H）。它具有很高的功率轉換效率（一般超過90%），這是因為電荷泵的損耗主要來自電容器的ESR和內部開關管的導通電阻（RDS-ON），而這兩者都可以做得很低。 ③帶電壓調節的電荷泵：它是在基本電荷泵的輸出之后增加了低壓差的線性調節器。雖然提供了電壓調節，但其效率卻由于后端調節器的功耗而下降。為達到最高的效率，電荷泵的輸出電壓應當與后端調節器調節后的電壓盡可能接近。 設計應用中的最佳選擇是：無電壓調節式電荷泵（在不需要嚴格的輸出調節的應用中），或帶電壓調節式電荷泵（如果后端調節器兩端的壓差足夠小）。 安裝尺寸 ①電感式DC/DC變換器：雖然很多新型電感式DC/DC變換器都可以提供SOT封裝，但它們通常仍然需要物理外形較大的外部電感器。而且電感式DC/DC變換器的電路布局自身也需要較大的板級空間（額外的去耦、特殊的地線處理、屏蔽等）。 ②無電壓調節的電荷泵：電荷泵不用電感器，但需要外部電容器。新型電荷泵器件采用SOP封裝，工作在較高的頻率，因此可以使用占用空間較小的小型電容器（1μF）。電荷泵IC芯片和外部電容器合起來所占用的空間，還不如電感式DC/DC變換器中的電感大。利用電荷泵還很容易獲得正、負組合的輸出電壓。如TCM680器件僅用外部電容即可支持+2 UIN的輸出電壓。而采用電感式DC/DC變換器要獲得同樣的輸出電壓則需要獨立的兩個變換器，如用一個變換器，就得用具有復雜拓撲結構的變壓器。 ③帶電壓調節的電荷泵：增加分立的后端電壓調節器占用了更多空間，然而許多此類調節器都有SOT形式的封裝，相對減少了占用的空間。新型帶電壓調節的電荷泵器件，如TCM850，在單個8引腳50lC封裝中集成了電荷泵、后端電壓調節器和關閉控制。 設計應用中的最佳選擇是：無電壓調節或帶電壓調節電荷泵。 靜態電流 ①電感式DC/DC變換器：頻率調制（PFM）電感式DC/DC變換器是靜態電流最小的開關式DC/DC變換器，通過頻率調制進行電壓調節可在小負載電流下使供電電流最小。 ②無電壓調節的電荷泵：電荷泵的靜態電流與工作頻率成比例。多數新型電荷泵工作在150kHz以上的頻率，從而可使用1μF甚至更小的電容。為克服因此帶來的靜態電流大的問題，一些電荷泵具有關閉輸入引腳，以在長時間閑置的情況下關閉電荷泵，從而將供電電流降至接近零。 ③帶電壓調節的電荷泵：后端電壓調節器增加了靜態電流，因此帶電壓調節的電荷泵在靜態電流方面比基本電荷泵要差。 設計應用中的最佳選擇是：電感式DC/DC變換器，特別是頻率調制（PFM）開關式。 最小工作電壓 ①電感式DC/DC變換器：電池供電專用電感式DC/DC變換器（如TC16）可在低至1V甚至更低的電壓下啟動工作，因此非常適合用于單節電池供電的電子設備。 ②無電壓調節的電荷泵/帶電壓調節的電荷泵：多數電荷泵的最小工作電壓為1.5V或更高，因此適合于至少有兩節電池的應用。 設計應用中的最佳選擇是：電感式DC/DC變換器。 產生的噪聲 ①電感式DC/DC變換器：電感式DC/DC變換器是電源噪聲和開關輻射噪聲（EMI）的來源。寬帶PFM電感式DC/DC變換器會在寬頻帶內產生噪聲。可采取提高電感式DC/DC變換器的工作頻率，使其產生的噪聲落在系統的頻帶之外。 ②無電壓調節的電荷泵/帶電壓調節的電荷泵：電荷泵不使用電感，因此其EMI影響可以忽略。泵輸入噪聲可以通過一個小電容消除。 設計應用中的最佳選擇是：無電壓調節或帶電壓調節的電荷泵。 集成度 ①電感式DC/DC變換器：現已開發出集成了開關調節器和其他功能（如電壓檢測器和線路調節器）的芯片。如TC16芯片就在一個SO-8封裝內集成了一個PFM升壓變換器、LD0和電壓檢測器。與分立實現方案相比，此類器件提供了優異的電氣性能，并且占用較小的空間。 ②無電壓調節的電荷泵：基本電荷泵，如TC7660，沒有附加功能的集成，占用空間小。 ③帶電壓調節的電荷泵：集成更多功能的帶電壓調節電荷泵芯片已成為目前的一種發展趨勢。很明顯，下一代帶調節電荷泵的功能集成度將可與電感式DC/DC變換器集成芯片相比。 設計應用中的最佳選擇是：電感式DC/DC變換器。 輸出調節 ①電感式DC/DC變換器：電感式DC/DC變換器具有良好的輸出調節能力。一些電感式DC/DC變換器還具有外部補償引腳，允許根據應用“精細調整”輸出的瞬態響應特性。 ②無電壓調節的電荷泵：此類器件輸出沒有電壓調節，它們只簡單地將輸人電壓變換為負或刀倍的輸出電壓。困此，輸出電壓會隨著負載電流的增加而下降。雖然這對某些應用（如LCD偏置）并不是問題，但不適用需要穩定的輸出電壓的應用場合。 ③帶電壓調節的電荷泵：它通過后端線性電壓調節器（片上或外部）提供電壓調節（穩壓）。在一些情況下，需要為電荷泵增加開關級數，以為后端調節器提供足夠的凈空間，這時就需要增加外部電容，從而會給尺寸、成本和效率帶來負面的影響。但后端線性調壓器可使帶調節電荷泵的輸出電壓的穩定性與電感式DC/DC變換器一樣。 設計應用中的最佳選擇是：帶電壓調節的電荷泵。 安裝成本 ①電感式DC/DC變換器：近年來采用電感式DC/DC變換器的成本逐漸下降，并且對外部元件的需求也變得更少了。但電感式DC/DC變換器最少需要一個外部電感、電容和肖特基二極管。二極管、電感，再加上相對價格較高的開關變換芯片，其總成本要比電荷泵高。 ②無電壓調節的電荷泵：無電壓調節的電荷泵比電感式DC/DC變換器便宜，且僅需要外部電容（沒有電感），節約了板空間、電感的成本，以及某些情況下的屏蔽成本。 ③帶電壓調節的電荷泵：帶電壓調節的電荷泵的成本大約與電感開關式DC/DC變換器本身的成本相當。在一些情況下，可采用外部后端電壓調節器以降低成本，但卻會增加所需的安裝空間和降低工作效率。 設計應用中的最佳選擇是：在不需要嚴格穩壓的場合的最佳選擇為無電壓調節的電荷泵；若為對輸出電壓穩壓有要求的場合，選擇帶電壓調節的電荷泵和電感式DC/DC變換器的成本大致相當。 |
