利用DC-DC開關電容穩壓器提升便攜設備電源效率　

　　手持式裝置核心處理器的供電電壓日益降低，但要兼顧效率與電池壽命，卻是另一項挑戰。在降壓轉換過程中最常利用的是開關穩壓器和LDO穩壓器，但缺點在于尺寸太大，LDO如電壓偏離值很大時，轉換效率就驟降，開關電容穩壓器為新興技術，結合開關電容器和LDO優點，可整合至可攜式應用中。

　　設法降低核心處理器的供電電壓是手持式裝置的全新技術趨勢之一，而在降壓的同時，也必須兼顧以更高效率延長電池壽命的需求。目前這些裝置裡有多種新功能都有降壓轉換需求，如應用處理器、記憶體和射頻（RF）設計等，從負載和空間參數兩項考量來看，目前在此類應用上最流行的解決方案，即採開關穩壓器和低壓降 （LDO）穩壓器。

　　如只從效率考量，開關穩壓器是最佳的選擇，然當電子零件高度和解決方案的尺寸限制超出電感器使用範圍時，轉換器就可能改採LDO或開關電容（SC）穩壓器形式，電源解決方案通常無法提供較多電路板空間，但開關穩壓器可提供比LDO和開關電容穩壓器更大的解決方案尺寸。

　　圖1為將典型的開關穩壓器與開關電容穩壓器在解決方案尺寸上進行比較，可看出開關穩壓器解決方案尺寸大約為45平方毫米，開關電容器為25平方毫米，開關穩壓器大多需2.2μH電感，當以開關電容穩壓器轉換電力卻不希望使用電感時，開關穩壓器可能是小而有效率的替代品。

　　電壓偏離導致LDO效率降低

　　LDO在要求的電壓與電池電壓相近時最有效率，但如電壓偏離值很遠時，LDO效率就會降的很低，例如以3.6伏特電壓為一個僅要求1.5伏特電壓的微處理器鋰離子電池充電時，把電池電壓與1.5伏特LDO連接起來，就能為微處理器產生一個完整、穩定和小量的電源，但耗電量卻非常明顯。

　　LDO消耗功率（PD）等于負載電流（ILOAD）與輸入和輸出電壓的差相乘，即PD=ILOAD×（3.6～1.5）=ILOAD×2.3V。換句話說，此例中，如以LDO做降壓轉換器時，僅產生42%的效率，表示LDO消耗剩余功率，且大幅增加晶片（Die）溫度，而此種溫度上升將引發裝置可靠性相關問題。

　　由于具電壓增益能力，開關電容穩壓器成為比線性穩壓器更有效的解決方案，此電壓增益透過在雙相位，即充電相位和傳輸相位中的堆疊電容器和并行電容器所取得的輸入電壓與輸出電壓比率，如位于增益配置中的一個開關電容轉換器的1/2將把一個3.6伏特的輸入電壓（VIN）轉變為1.8伏特的輸出電壓 （VOUT）；如要求的輸出電壓是1.5伏特，則功率消耗僅為300毫伏特與負載電流的乘積，相當于83%的效率。

　　開關電容器可保持給定負載效率

　　隨著VIN的上升，由轉換器產生的VIN和VOUT間的能量增加將引起功率耗損和效率下降。解決此問題所採取的模式為轉變一個更高的效率增益，如同汽車替換檔位一般。圖2顯示開關電容器降壓穩壓器、LDO及開關電容器的效率曲線。開關電容器類比設有一個類比增益控制和變化，以保持給定負載效率持續性，開關電容器具離散增益步驟，由VOUT/（增益×VIN）來給定效率，且這些效率取決于離散增益，一個LDO僅擁有一個增益及3者中最低的效率，開關電容器穩壓器則有3個不同的電壓增益，即2/3、1/2和1/3。

　　從SC穩壓器隨著VIN的增長可看出，電壓增益變化從2/3～1/2及1/2～1/3，因此整個負載範圍的效率達最大化，帶來鋰離子電池電壓範圍 3.4～3.8伏特上80%的功率，在相同應用中的LDO卻僅達到50%效率，隨電感器種類不同，典型的開關穩壓器應具有88～90%效率。

　　傳統上，穩壓器乃依據有效數量進行比較，但由于鋰離子電池特性，要根據時量效率或鋰離子電池充分放電所需時間來判定，根據經驗，運用200毫安培的負載電流，使用典型開關穩壓器，可比使用開關電容穩壓器持續時間多出6～8%，假設最大負載與微處理器中的情況一樣，僅表現到時間的20～30%，則電感開關和開關電容穩壓器間操作時間的差別可忽略。

　　須在效率與成本之間取捨

　　開關電容穩壓器的更多增益可能會增加少許效率，但卻須要增加更多外部電容器和內部場效電晶體（FET），促使成本上升，同時也增加解決方案尺寸。上述增益可透過兩個外部電容器