ZHCSVV3B April 2024 – April 2025 TPS7H4011-SEP , TPS7H4011-SP
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確定輸出電容值時(shí)，需要考慮三點(diǎn)：輸出電容器的選擇取決于所需的輸出電壓紋波以及由于負(fù)載電流（負(fù)載階躍）突變而導(dǎo)致的允許電壓偏差。對(duì)于航天應(yīng)用，電容值還必須考慮單粒子效應(yīng)的緩解程度（請(qǐng)參閱）。輸出電容應(yīng)根據(jù)比上述三項(xiàng)指標(biāo)更為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。在選擇這些電容器時(shí)，應(yīng)注意選擇具有足夠額定電壓和額定溫度的電容器，并考慮由于直流偏置效應(yīng)而導(dǎo)致的任何有效電容變化。還需要注意的是，輸出電容的值直接影響轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的調(diào)制器極點(diǎn)，如節(jié) 9.2.2.10 中所述。
要考慮的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是所需的負(fù)載階躍響應(yīng)。當(dāng)穩(wěn)壓器在負(fù)載電流需求大幅快速增加期間暫時(shí)無(wú)法提供足夠的輸出電流時(shí)，通常會(huì)發(fā)生這種情況。在從空載到滿載的轉(zhuǎn)換期間，或者在為具有大電流擺幅的 FPGA 供電時(shí)，可能會(huì)發(fā)生這種情況。選擇輸出電容值時(shí)應(yīng)將以下注意事項(xiàng)納入考量范圍：輸出電容器在控制環(huán)路響應(yīng)負(fù)載變化前需要向負(fù)載額外提供電流。方程式 14 從電氣角度顯示了實(shí)現(xiàn)該目的所需的最小輸出電容。
其中 ΔIOUT 為輸出電流增量，fSW 為穩(wěn)壓器開(kāi)關(guān)頻率，ΔVOUT 為允許的輸出電壓增量。對(duì)于本示例，瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)指定為 12A 負(fù)載階躍時(shí) VOUT 變化的 2.5%。這樣可得到最小電容為 582μF。該值未將輸出電容 ESR 納入輸出電壓變化的考量范圍。對(duì)于陶瓷電容器，其 ESR 足夠小，在計(jì)算過(guò)程中可以忽略不計(jì)。但是，對(duì)于航天應(yīng)用和大電容值電容器，通常使用鉭電容器，此類電容器將某個(gè) ESR 值納入考量范圍。
下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是使用方程式 15 計(jì)算滿足輸出電壓紋波要求所需的電容，其中 VOUTripple(desired) 是允許的最大輸出電壓紋波，?IL 是電感器紋波電流。在本例中，所需的最大輸出電壓紋波為 20mV，電感器紋波電流為 2.2A。在這些條件下，計(jì)算出的最小電容值為 28μF。
最后，在使用方程式 16 計(jì)算何時(shí)滿足輸出電壓紋波要求時(shí)，必須將電容器的 ESR 納入考量范圍。已確定需要的 ESR 值為 9mΩ 或更低。
因老化、溫度及直流偏置而產(chǎn)生的附加電容降額應(yīng)納入考量范圍，所需輸出電容的最小值在上述情況下會(huì)有所提升。此外，電容器一般將紋波電流限值在處理電流時(shí)不會(huì)導(dǎo)致故障或過(guò)熱的范圍內(nèi)。所選的輸出電容器組必須處理使用方程式 11 計(jì)算出的紋波電流。
對(duì)于該特定設(shè)計(jì)，將上述所有要求納入考量范圍，選擇 3 個(gè) 330μF T530 鉭電容器，并得出在 500kHz 開(kāi)關(guān)頻率下產(chǎn)生 1.9mΩ 的組合 ESR。此外，還并聯(lián)了一個(gè) 22μF 和 1μF 陶瓷電容器，用于高頻濾波。這樣可得到總電容為 1.013mF。
在考慮電容和 ESR 時(shí)，可將方程式 17 用作近似值來(lái)計(jì)算產(chǎn)生的輸出電壓紋波。在本設(shè)計(jì)中，得到的輸出紋波估算值是 4.7mV。