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ZHCSSP0 February 2024 TPS54KC23

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封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)

RZR|16
- MPQF704A

散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)

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7.2.2.5 选择输出电容器

选择输出电容值时，需要考虑三点：

稳定性
稳态输出电压纹波
稳压器对负载电流变化的瞬态响应

首先，根据这三个要求计算最小输出电容。方程式 22 可计算使 LC 双极点低于 f_P(MAX) 的最小电容，从而满足稳定性要求。满足该要求有助于使 LC 双极点保持在接近内部零点的位置。方程式 23 可计算满足 8mV 稳态输出电压纹波要求的最小电容。此计算适用于 CCM 工作模式，不包括由输出电容器的 ESR 或 ESL 引起的输出电压纹波部分。

方程式 22.

C_{O U T_S T A B I L I T Y} > {(\frac{1}{2 π \times f_{P (RAMP4)} \times (1 + {(\frac{V_{O U T}}{V_{I N (T Y P)}})}^{2})})}^{2} \times \frac{1}{L_{O U T}} = {(\frac{1}{2 π \times 26.5 k H z \times (1 + {(\frac{0.8 V}{12 V})}^{2})})}^{2} \times \frac{1}{0.15 μ H} = 238 μ F

方程式 23.

C_{O U T_R I P P L E} > \frac{I_{R I P P L E}}{8 \times V_{R I P P L E} \times f_{S W}} = \frac{6.3 A}{8 \times 8 m V \times 800 k H z} = 137 μ F

方程式 25 和方程式 26 可计算满足 32mV 瞬态响应要求（阶跃为 15A）的最小电容。这些公式计算当电感器电流在负载阶跃后斜升或斜降时保持输出电压稳定所需的输出电容。通过计算确定，仅需要 659μF 来满足瞬态响应要求。此计算假定为瞬时负载阶跃。在 1A/us 转换率条件下进行实验室评估后，减小了电容，同时仍满足负载阶跃要求。

方程式 24.

C_{O U T_U N D E R S H O O T} > \frac{L \times {I_{S T E P}}^{2} \times (\frac{V_{O U T}}{V_{I N} (m i n) \times f_{S W}} + t_{O F F_M I N} (m a x))}{2 \times V_{T R A N S} \times V_{O U T} \times (\frac{V_{I N} (m i n) - V_{O U T}}{V_{I N} (m i n) \times f_{S W}} - t_{O F F_M I N} (m a x))}

方程式 25.

C_{O U T_U N D E R S H O O T} > \frac{0.15 μ H \times {15 A}^{2} \times (\frac{0.8 V}{4.5 V \times 800 k H z} + 150 n s)}{2 \times 32 m V \times 0.8 V \times (\frac{4.5 V - 0.8 V}{4.5 V \times 800 k H z} - 150 n s)} = 280 μ F

方程式 26.

C_{O U T_O V E R S H O O T} > \frac{L \times {I_{S T E P}}^{2}}{2 \times V_{T R A N S} \times V_{O U T}} = \frac{0.15 μ H \times {15 A}^{2}}{2 \times 32 m V \times 0.8 V} = 659 μ F

满足过冲要求所需的输出电容是最高值，因此这将设置本例所需的最小输出电容。稳定性要求也会限制最大输出电容。方程式 27 计算建议的最大输出电容。此计算使 LC 双极点保持在 f_SW 的 1/100 以上。可以使用更大的输出电容，但必须通过波特图或瞬态响应测量来检查稳定性。选择的输出电容为 12 × 47μF、4V 陶瓷电容器。使用陶瓷电容器时，由于直流和交流偏置效应，电容必须降额。选择的电容器降额至其标称值的 73%，即有效总电容为 412μF。

方程式 27.

C_{O U T_S T A B I L I T Y} < {(\frac{50}{π \times f_{S W}})}^{2} \times \frac{1}{L} = {(\frac{50}{π \times 800 k H z})}^{2} \times \frac{1}{0.15 μ H} = 2639 μ F

该应用全部使用陶瓷电容器，因此忽略了 ESR 对纹波和瞬态的影响。如果使用非陶瓷电容器，则 ESR 一开始必须低于方程式 28 中计算的值以满足纹波要求，并低于方程式 29 中计算的值以满足瞬态要求。为了进行更准确的计算或如果使用的是混合的输出电容器，必须使用输出电容器的阻抗来确定是否可以满足纹波和瞬态要求。

方程式 28.

R_{E S R_R I P P L E} < \frac{V_{R I P P L E}}{I_{R I P P L E}} = \frac{8 m V}{6.3 A} = 1.3 m Ω

方程式 29.

R_{E S R_T R A N S} < \frac{V_{T R A N S}}{I_{S T E P}} = \frac{32 m V}{15 A} = 2.13 m Ω