ZHCSM46B October 2020 – June 2024 TPS54J061
PRODUCTION DATA
TPS54J061 使用 D-CAP3 控制模式来实现快速负载瞬态,同时保持易用性。D-CAP3 控制模式架构包括一个内部纹波生成网络,支持使用 ESR 非常低的输出电容器,例如多层陶瓷电容器 (MLCC)。使用 D-CAP3 控制模式架构时无需外部电流检测网络或电压补偿器。内部纹波生成网络的作用是模拟电感器电流信息的纹波分量,然后将其与电压反馈信号相结合以调节环路。斜坡的幅度由内部电路的 R-C 时间常数决定。在不同的开关频率 (fSW) 下,R-C 时间常数会发生变化,以便保持内部产生的纹波幅度相对恒定。此外,该器件使用内部电路来消除由注入的斜坡引起的直流偏移,从而显著降低由输出纹波电压引起的直流偏移。
对于任何不支持外部补偿设计的控制拓扑,输出滤波器的最小值范围或最大值范围(或两者)适用。与 TPS54J061 搭配使用的输出滤波器是一个低通 L-C 电路。此 L-C 滤波器具有方程式 3 中所示的双极点。
在低频率下,整体环路增益是由输出设定点电阻分压器网络和 TPS54J061 的内部增益设定的。低频 L-C 双极点具有 180 度同相压降。在输出滤波器频率下,增益以每十倍频程 –40dB 的速率滚降,且相位快速下降。内部纹波生成网络引入了高频零点,可将增益滚降从每十倍频程 –40dB 降低到 –20dB,并在零点频率以上将相位增加每十倍频程 90 度。
为输出滤波器选择的电感器和电容器必须确保方程式 3 的双极点位于内部零点以下,以便由内部零点提供的相位提升可提供足够的相位裕度来满足环路稳定性要求。
开关频率 (fSW) (kHz) | 零点 (fZ) 频率 (kHz) |
---|---|
600 | 10 |
1100 | 20 |
2200 | 50 |
确定应用要求后,在设计中采用的输出电感值必须使电感器峰峰值纹波电流大约介于最大输出电流的 20% 与 40% 之间。在表 6-2 中可以根据所选开关频率找到内部零点频率。通常,在需要合理(或更小)输出电容的情况下,可以将 L-C 双极点频率设置为低于内部零点频率来确定稳定运行所需的输出电容。
如果使用 MLCC 输出电容器,则必须考虑降额特性来确定设计的最终输出电容。例如,当使用规格为 10µF、X5R 和 6.3V 的 MLCC 时,直流偏置和交流偏置的降额分别为 80% 和 50%。实际降额是这两个系数(在本例中为 40% 和 4µF)的乘积。如需了解所用电容器的具体特性,请咨询电容器制造商。
对于 2V 或以上的高输出电压,在基于固定导通时间拓扑的工作模式中,由于高输出电压(导通时间 (tON) 长)设置的相位延迟/损耗,可能需要进一步提升相位来确保足够的相位裕度。
与 RFB_HS 并联的前馈电容器对于提升环路交叉频率下的相位裕度非常有效。请参阅采用前馈电容器优化内部补偿直流/直流转换器的瞬态响应 应用报告以了解详细信息。