降壓穩壓器在各種便攜式和非便攜式設備中非常受歡迎。這些降壓轉換器端接一個輸入電容 C在和一個輸出電容 CO，在輸出端。C在提供高頻濾波，使V在紋波低。本應用筆記可幫助系統設計人員設置 Mathcad 并計算 C 語言在適用于特定的降壓型 DC-DC 穩壓器設計。

降壓穩壓器用于便攜式和非便攜式設備，如PDA、手機、計算機、電信/網絡和消費類產品。這些降壓轉換器端接一個輸入電容 C在，在輸入端，和一個輸出電容 CO，在輸出端。兩個電容器的功能是提供高頻濾波，使V在和 VO接近純直流電，紋波噪聲很小。

電容器通常由R、L和C的串聯組合表示，R是等效串聯電阻（ESR），L是等效串聯電感（ESL）。項 C 等于理想電容器值。

圖1顯示了同步降壓功率級的典型原理圖以及用于推導和計算的相關波形。

圖1.典型同步降壓功率和波形。

在 MathCAD 中為示例計算設置變量和數據：

如圖1所示，通過輸入電容的輸出紋波電流導致CIN兩端的電壓反映ESR、ESL和C的值。ESR和ESL導致快速步進電壓上升和下降，而C由于電容器充電和放電而具有線性電壓上升和下降。在TON開始時，CIN看到負步進電流，這將產生由以下公式給出的負步進電壓：

在 TON 期間，電容器釋放的平均電流為 （IO-IIN），這導致線性 ΔV 為：

從TON開始到TON結束的總電壓偏差是上述各項的總和：

類似地，但在極性相反的情況下，在TOFF開始時和TOFF期間，計算以下電壓偏差：

峰峰值紋波等于兩者中較高的一個，即ΔVOFF~1V。從上面可以看出，大部分紋波是由ESL和快速di/dt引起的。1A/nS 的 Di/dt 在當今的 MHz DC-DC 轉換器中非常現實。因此，為了減少紋波，需要并聯放置更多的電容器。較低值的陶瓷電容器，例如 0 或 1 封裝中的 0805.1206uF，其 ESL 是 10uF 的一半，即 ~1.2nH。將0.1uF盡可能靠近敏感去耦點。

另一個需要確定的參數是通過輸入電容的RMS電流，使電容I有效值未超過評級。從 I中信波形，RMS電流可以近似（因為峰峰值電感紋波電流通常為I的20-30%Omax）為：

其中D = (VO + VLS) / (VIN + VLS + VHS), and IIN = (VO × IO) / η × VIN

為了進一步簡化，設D = VO/VIN (since V0 >> VLS, and VIN + VLS - VHS ~ VIN), and IIN = VO × IO/VIN （由于效率η~1），因此，上面的ICINRMS方程變為：

簡化版本僅產生~1.4%的誤差，并且僅涉及三個已知參數：VI，VO和IO。VO是固定的，IO，VI可以有一個指定的范圍，具體取決于應用。但是，ICINRMS始終具有IO / 2的最大值，這發生在VI = 2VO時，并且VI的值<2IO和VI的值>2LO減小。下圖 2 中的圖對此進行了說明：

圖2.

由于高di/dt和脈動電流，因此選擇陶瓷電容器，因為它具有低ESR和ESL。在高頻下需要更高的紋波電流額定值，以包含開關尖峰。確保電容器的 RMS 額定電流遠高于最大工作 RMS 電流。為了獲得長期可靠性，請選擇溫升小于10°C的電容器。大多數電容器制造商都提供顯示RMS電流與溫升的關系圖。

審核編輯：郭婷