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8.2.2.9 輸出電容選型

通常，可以通過兩種不同的計(jì)算方法來確定轉(zhuǎn)換器所需的輸出電容。第一種計(jì)算方法（如方程式 62 所示），確定了滿足設(shè)計(jì)的輸出電壓紋波要求所需的輸出電容量。第一種計(jì)算方法確定了滿足輸出端響應(yīng)最壞負(fù)載瞬態(tài)所允許的最大電壓偏差所需的電容量，如方程式 64 所示。執(zhí)行兩項(xiàng)計(jì)算后，應(yīng)選擇其中的最大值作為設(shè)計(jì)中的輸出電容。計(jì)算結(jié)果基于以下條件：輸出電壓的目標(biāo)電壓紋波為 2%，輸出電壓的最大允許電壓偏差為 7.5%。

方程式 62.

C_{O U T} > \frac{I_{O U T} \times D_{M A X}}{V_{R I P P L E} \times f_{S W}}

方程式 63.

C_{O U T} > \frac{4 A \times 0.35}{100 m V \times 500 k H z} = 28 μ F

方程式 64.

C_{O U T} > \frac{{? I}_{S T E P}}{{2 π \times ? V}_{O U T} \times f_{C}}

方程式 65.

C_{O U T} > \frac{4 A}{2 π \times 375 m V \times 4 k H z} = 424.4 μ F

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，需要至少 425μF 的輸出電容。在選擇電容器時(shí)，需考慮因老化、溫度和直流偏置而導(dǎo)致的電容值降額。

對(duì)于航天級(jí)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，選擇輸出電容時(shí)還有另一個(gè)考慮因素。即輻射引起的單粒子瞬態(tài)的影響 (SET)。單個(gè)高能粒子沖擊可能會(huì)導(dǎo)致控制器的 PWM 變化出現(xiàn)瞬時(shí)差異，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器中的輸出電壓瞬變。因此，即使上面的值提供了將電壓紋波和/或負(fù)載瞬變考慮在內(nèi)的最小值，也可能需要額外的電容來充分緩解 SET。此設(shè)計(jì)示例使用了約 470μF 的總輸出電容。

如有必要，還可以使用額外的輸出濾波器來進(jìn)一步降低輸出級(jí)的噪聲。該輸出濾波器包含一個(gè)額外的電感器和一小部分陶瓷電容。然后，將濾波電感器放置在所添加的陶瓷電容與為滿足設(shè)計(jì)要求而確定的大容量輸出電容之間。這種方法可以顯著降低輸出電壓紋波，而無需顯著增加所需元件的尺寸和/或數(shù)量。次級(jí)濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是選擇諧振頻率，使其高于目標(biāo)交叉頻率，但遠(yuǎn)低于大容量輸出電容的開關(guān)頻率和 ESR 零點(diǎn)。方程式 66、方程式 67 和方程式 68 可用于確定 ESR 零點(diǎn)及附加輸出濾波器的諧振頻率和衰減。

方程式 66.

f_{r e s o n a n t} = \frac{1}{2 π \times L_{f} \times C_{O U T_B U L K}}

方程式 67.

f_{z e r o} = \frac{1}{2 π \times C_{O U T_B U L K} \times {E S R}_{B U L K}}

方程式 68.

{A t t}_{f s w} = 40 {l o g}_{10} (\frac{f_{s w}}{f_{r e s o n a n t}}) - 20 l o g 10 (\frac{f_{s w}}{f_{z e r o}})

如果由于輸出濾波器而在高頻下出現(xiàn)峰值，則可以使用電阻器來抑制這種峰值效應(yīng)。方程式 69 和方程式 70 可用于確定峰值頻率和為了提供足夠的阻尼而需要的電阻值。

方程式 69.

ω_{o} = \frac{2 \times (C_{O U T_C E R} + C_{O U T_B U L K})}{L_{f} \times C_{O U T_C E R} \times C_{O U T_B U L K}}

方程式 70.

R_{f} = \frac{R_{O U T} \times L_{f} \times (C_{O U T_C E R} + C_{O U T_B U L K}) - \frac{L_{f}}{ω_{o}}}{\frac{R_{O U T} \times (C_{O U T_C E R} + C_{O U T_B U L K})}{ω_{o}} - (L_{f} \times C_{O U T_C E R})}