开关式升压器芯片已被广泛的应用。利用电感器提升电压的基本原理早在几十年前已有人论及。部分升压器采用电路的开关控制部分，部分升压器内建开关（一般采用MOSFET），这两类升压器都大受欢迎。将MOSFET开关与开关控制区段装设在同一晶粒上有其优点及缺点。优点是大幅精简系统设计，缺点是效能无法与采用外置开关的设计相比，两者在效能上的差距太大。

采用外置MOSFET的直流/直流开关电源供应器有多个优点，例如作业频率不但可以大幅提高，效率也有所提升。有部分厂商最近推出内含MOSFET的直流/直流升压器芯片，一反传统的做法。虽然根据基本的原理，MOSFET若设于芯片之外，系统可发挥更高的效能，在集成电路的设计及制程技术经过不断的推陈出新，目前内含MOSFET的升压器已能高于1MHz的频率进行作业。

新兴直流升压器设计

《图一 基本的直流/直流升压器电路》

高开关频率的优点十分显著。首先，开关频率较高，系统设计工程师便可采用较小型的电感器。电感器越小，其成本便越低，整个解决方案可以变得更为小巧。此外，高开关频率也有一个较不为人知的优点，即开关噪声可「转移」到应用方案所需的频带范围之外。开关器若以X频率进行作业，便会连带将X、2X及3X等噪声传入系统之内。低于X的频率大致上不会太受开关器产生的噪声所影响。因此较高的开关频率（X）可以提供一个较为广阔而又免受噪声干扰的低频带。

直流/直流升压器芯片适用于多种不同的应用方案。例如，无法获得足够电压的应用方案可采用直流/直流升压器。移动电话及个人数字助理等手持式和以电池供电的设备是最适合采用直流/直流升压器的典型应用方案。这类设备可以充分利用新一代开关器的优点，尤其是可藉此将整个解决方案的体积缩小。

此外，其他的应用方案更加需要采用开关器芯片。在利用小型总线输出电压的应用方案需要较高的电压，所需的电压甚至比总线（USB、IEEE1394等）本身所提供的电压还要高，而且还需要较低噪声的作业环境。利用USB输出电压的ADSL调制解调器是这类应用方案的例子。这种调制解调器需要12伏的电话线路驱动器。由于USB只提供5V的标准电压，因此需要外加一个升压器。传送讯号及数据的ADSL线路只可支持不超过1.1MHz的频带，必须防避噪声混入低频讯号。在这类应用方案最好采用作业频率超过1.1MHz的直流/直流升压器。

新一代的直流/直流升压器很容易融入现有的设计之内。有关的产品数据单张都清楚列出有关如何进行设计、建立及测试该款芯片的指引。以USB驱动的应用方案若采用这种芯片，在设计上会有问题。USB的技术标准清楚规定插入USB设备时引致的电流突波不能超过规定水平。该设备若采用直流/直流升压器，系统设计工程师须确保该设备只可在受控范围内进行作业。

升压器一经启动之后，便会输出已提升的电压，令其输入电压出现强大的电流突波，这正是USB标准所不容许的。为了解决这个问题，直流/直流升压器芯片可加设一个一般称为软启动的功能，让升压器可以慢慢启动，逐渐提高输出电压。正确的软启动方式慢慢启动升压器，便不会产生任何电流突波。当然加设软启动功能会增加生产成本，因此市场上大部分频率超过1MHz的直流/直流升压器都没有这种软启动功能。

其实只要在技术上花一点心思，便可为升压器加设这个功能。以下将以美国国家半导体的产品为例，为读者作一介绍。

《图二 软启动功能回授电路》

标准设置

(图一)显示一款基本的直流/直流升压器电路，采用的是美国国家半导体的LM2698芯片。

若芯片设有软启动功能，一般会有软启动接脚。电容器可以连接软启动接脚，用以控制启动的速度。该芯片并无内建软启动功能。

《图三 加设与RFB2平衡的CFB2电容器电路》

软启动

在直流/直流升压器加设一个软启动的功能，可以参考(图二)的回授电路。若能够在相关电阻在启动时与正常作业时产生不同的阻抗，便可改变启动时的表现。

《图四 加设软启动功能的直流/直流升压器电路》

通电时，CFB1会成为短路。换言之，RFB1||CFB1的阻抗为0，因此输出电压（Vout）等于参考电压（Vr）。RFB1||CFB1的阻抗会慢慢上升，输出电压也会随着上升。输出电压需要多久才能稳定下来，是由CFB1的大小而定。(图三)所显示的是相同的电路，加设与RFB2平衡的CFB2电容器。加这电容器的作用是要更有效地稳定电路，以及改善负载开关反应。(图四)所示的电路即图一的电路，只不过已加设软启动功能。(图五)则显示有关的波形。可以清楚看到输出电压慢慢攀升至12伏，以及通电后出现远比以前为低的电流突波。

《图五 加设软启动功能的直流/直流升压器电压上升波形》

稳定性

本文讨论的软启动电路便是这利用。回授电路加设电容器，改变控制环路的性能表现。因此设计的稳定性就是工程师在作电路设计时的重点。

可以采用网络分析仪确定相位容限（phase margin）。显示专为进行这个测试而作出相应改动的基本电路。同样的基本电路，但输出电压及回授电阻（RFB1）之间的连系已截断，改由电线连接，并且将电流探针架在电线上，以便令电线产生细小的电感电压。输出电压及VRFB1分别输入网络分析仪以便测量其电压。测试分为以下几个步骤：

可以根据上述的测量数字计算出相位及增益，其结果可以在预测绘图（bode plot）中显示出来。只要查看0dB增益点的相位容限（phase margin），便可确定系统的稳定性。按照过去的经验估计，良好升压器的相位容限应超过30度，这样才可算是一个性能稳定的设计。

(图七)及(图八)分别显示图一及图四的电路所产生的相位容限绘图，图中所示的电路分别产生80及50度的相位容限。以选定的作业点来说，这两个设计都很稳定。须留意高频相位讯号可能会混杂了噪声。噪声的出现主要与系统设置、外部输入噪声及接地环路有关。必须确保系统的设置有卓越的接地，设法不让外来噪声进入系统，以及确保所有终端装置能执行正常功能，便可免于受到这些噪声的干扰。

总结

采用电感器的直流/直流升压器有其内在的启动问题。所采用的集成电路并无内建软启动功能，系统设计工程师可以利用少量的外部组件加设这个功能。如果真的要加设这个功能，便需确保系统能保持其稳定性。

（作者为美国国家半导体欧洲区电源管理应用工程师）