ZHCSGD3A June 2017 – April 2021 TPS54308
PRODUCTION DATA
选择输出电容器的电容值时,主要考虑三个因素。输出电容器将决定调制器极点、输出电压纹波以及稳压器响应负载电流显著变化的方式。必须按照比上述三项指标更为严苛的标准来选择输出电容。
第一项标准是稳压器针对显著变化的负载电流做出的响应。当稳压器不能为负载供电时,输出电容器必须向负载提供电流。如果稳压器存在所需的保持时间,则会发生这种情况。在这种情况下,在断开输入电源后,输出电容器必须在指定的时间内保持输出电压在特定电平以上。如果出现影响负载电流要求的短时间显著提升(例如由空载状态转换至满载状态),稳压器也将暂时无法提供足够的输出电流。稳压器通常需要在不少于两个控制环路时钟周期内观察负载电流和输出电压变化,进而通过调节占空比进行响应。选择输出电容值时应将以下注意事项纳入考量范围:输出电容器在控制环路响应负载变化前需要向负载额外提供电流。输出电容必须足够大,从而填补两个时钟周期内的电流差,同时输出电压仅允许下降可容许值。使用Equation11 计算所需的最小输出电容。
其中:
对于此示例,瞬态负载响应指定为 5% 的输出电压 VOUT 变化,负载阶跃为 1.5A。对于此示例,ΔIOUT = 1.5A,ΔVOUT = 0.05 × 3.3 = 0.165V。根据这些值计算出的最小电容为 52μF。该值未将输出电容器 ESR 纳入输出电压变化的考量范围。对于陶瓷电容器,其 ESR 足够小,在计算过程中可忽略不计。
Equation12 用于计算满足输出电压纹波规格所需的最小输出电容。在本例中,最大输出电压纹波为 30mV。在该要求下,根据Equation12 得到的值为 9.9μF。
其中:
根据Equation13 计算最大 ESR 输出电容,其值必须符合输出电压纹波规格。Equation13 表明 ESR 必须小于 36mΩ。在本例中,陶瓷电容器的 ESR 远小于 36mΩ。
输出电容器会影响交叉频率 ƒo。考虑到环路稳定性和内部寄生参数的影响,请选择小于 40kHz 的交叉频率,且不考虑前馈电容器。可根据Equation14 简单估算没有前馈电容器 C6 时的交叉频率(假设 COUT 的 ESR 很小)。
因老化、温度及直流偏置而产生的附加电容降额必须纳入考量范围,它们会使输出电容的最小值增加。在此示例中,使用了两个 22μF、25V、X7R 类型的陶瓷电容器。电容器一般将纹波电流限制在处理电流时不会导致故障或过热的范围内。必须指定一个支持电感纹波电流的输出电容器。部分电容器数据表指定了最大纹波电流的 RMS 值。使用Equation15 可计算输出电容器必须支持的 RMS 纹波电流。对于此应用,Equation15 为每个电容器得出的值是 120mA。