ZHCSVV3A April 2024 – August 2024 TPS7H4011-SP
PRODMIX
确定输出电容值时，需要考虑三点：输出电容器的选择取决于所需的输出电压纹波以及由于负载电流（负载阶跃）突变而导致的允许电压偏差。对于航天应用，电容值还必须考虑单粒子效应的缓解程度（请参阅）。输出电容应根据比上述三项指标更为严苛的标准进行选择。在选择这些电容器时，应注意选择具有足够额定电压和额定温度的电容器，并考虑由于直流偏置效应而导致的任何有效电容变化。还需要注意的是，输出电容的值直接影响转换器频率响应的调制器极点，如节 9.2.2.10 中所述。
要考虑的第一个标准是所需的负载阶跃响应。当稳压器在负载电流需求大幅快速增加期间暂时无法提供足够的输出电流时，通常会发生这种情况。在从空载到满载的转换期间，或者在为具有大电流摆幅的 FPGA 供电时，可能会发生这种情况。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。方程式 14 从电气角度显示了实现该目的所需的最小输出电容。
其中 ΔIOUT 为输出电流增量，fSW 为稳压器开关频率，ΔVOUT 为允许的输出电压增量。对于本示例，瞬态负载响应指定为 12A 负载阶跃时 VOUT 变化的 2.5%。这样可得到最小电容为 582μF。该值未将输出电容 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，在计算过程中可以忽略不计。但是，对于航天应用和大电容值电容器，通常使用钽电容器，此类电容器将某个 ESR 值纳入考量范围。
下一个标准是使用方程式 15 计算满足输出电压纹波要求所需的电容，其中 VOUTripple(desired) 是允许的最大输出电压纹波，∆IL 是电感器纹波电流。在本例中，所需的最大输出电压纹波为 20mV，电感器纹波电流为 2.2A。在这些条件下，计算出的最小电容值为 28µF。
最后，在使用方程式 16 计算何时满足输出电压纹波要求时，必须将电容器的 ESR 纳入考量范围。已确定需要的 ESR 值为 9mΩ 或更低。
因老化、温度及直流偏置而产生的附加电容降额应纳入考量范围，所需输出电容的最小值在上述情况下会有所提升。此外，电容器一般将纹波电流限值在处理电流时不会导致故障或过热的范围内。所选的输出电容器组必须处理使用方程式 11 计算出的纹波电流。
对于该特定设计，将上述所有要求纳入考量范围，选择 3 个 330µF T530 钽电容器，并得出在 500kHz 开关频率下产生 1.9mΩ 的组合 ESR。此外，还并联了一个 22µF 和 1µF 陶瓷电容器，用于高频滤波。这样可得到总电容为 1.013mF。
在考虑电容和 ESR 时，可将方程式 17 用作近似值来计算产生的输出电压纹波。在本设计中，得到的输出纹波估算值是 4.7mV。