ZHCSYC9 May 2025 TPS7H4012-SEP , TPS7H4013-SEP
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確定輸出電容值時，需要考慮三點：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載電流（負載階躍）突變而導(dǎo)致的允許電壓偏差。對于航天應(yīng)用，電容值還必須考慮單粒子效應(yīng)的緩解程度（請參閱）。輸出電容應(yīng)根據(jù)比上述三項指標更為嚴苛的標準進行選擇。在選擇這些電容器時，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，如節(jié) 10.2.2.10 中所述。
要考慮的第一個標準是所需的負載階躍響應(yīng)。當穩(wěn)壓器在負載電流需求大幅快速增加期間暫時無法提供足夠的輸出電流時，通常會發(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，可能會發(fā)生這種情況。選擇輸出電容值時應(yīng)將以下注意事項納入考量范圍：輸出電容器在控制環(huán)路響應(yīng)負載變化前需要向負載額外提供電流。方程式 14 從電氣角度顯示了實現(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)壓器開關(guān)頻率，ΔVOUT 為允許的輸出電壓增量。對于本示例，瞬態(tài)負載響應(yīng)指定為 5A 負載階躍時 VOUT 變化的 2.5%。這樣可得到最小電容為 242μF。該值未將輸出電容 ESR 納入輸出電壓變化的考量范圍。對于陶瓷電容器，其 ESR 足夠小，在計算過程中可以忽略不計。但是，對于航天應(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 ESR 值納入考量范圍。
下一個標準是使用方程式 15 計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，計算出的最小電容值為 28μF。
最后，在使用方程式 16 計算何時滿足輸出電壓紋波要求時，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有所提升。此外，電容器一般將紋波電流限值在處理電流時不會導(dǎo)致故障或過熱的范圍內(nèi)。所選的輸出電容器組必須處理使用方程式 11 計算出的紋波電流。
對于該特定設(shè)計，將上述所有要求納入考量范圍，選擇 2 個 330μF T530 鉭電容器，并得出在 500kHz 開關(guān)頻率下產(chǎn)生 2.45mΩ 的組合 ESR。此外，還并聯(lián)了一個 22μF、10μF、1μF 和 100nF 陶瓷電容器，用于高頻濾波。這樣可得到總電容為 693.1μF。
在考慮電容和 ESR 時，可將方程式 17 用作近似值來計算產(chǎn)生的輸出電壓紋波。在本設(shè)計中，得到的輸出紋波估算值是 6.2mV。