ZHCAC39 February 2023 TPS62441-Q1 , TPS62442-Q1 , TPS62810-Q1 , TPS62811-Q1 , TPS62812-Q1 , TPS62813-Q1 , TPS628501-Q1 , TPS628502-Q1 , TPS628503-Q1 , TPS62870-Q1 , TPS62871-Q1 , TPS62872-Q1 , TPS62873-Q1
增益和輸出阻抗是設(shè)計(jì)輸入濾波器時(shí)需要考慮的兩個(gè)重要參數(shù)。整個(gè)電路的最大阻抗需要保持在轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)阻抗限值以下?？梢允褂?a xmlns:opentopic="http://www.idiominc.com/opentopic" class="xref" href="#EQUATION-BLOCK_XLQ_LJW_RVB">Equation1 計(jì)算出直流/直流轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)阻抗 Ztarget。
在該公式中，Vdd 是電源軌的電源電壓，Imax 是芯片在最壞情況下的最大電流，ΔV 是電源軌電壓電平的最大允許變化。在目標(biāo)阻抗計(jì)算中，使用瞬態(tài)電流是因?yàn)榇穗娏鞯男甭蕰?huì)觸發(fā) PDN 阻抗的高諧振頻率，從而導(dǎo)致輸出電壓顯著變化。
下面進(jìn)一步介紹了為輸入濾波器選擇電感值和電容值的設(shè)計(jì)步驟。增益值是在設(shè)計(jì)輸入濾波器的第一步計(jì)算出的。不使用濾波器時(shí)的最大輸入電流幅值 Iin_max 以及所需的輸入電流幅值 Ireq 對于計(jì)算濾波器增益非常重要。最大輸入紋波電流可通過Equation2 計(jì)算得出。工作條件如下：輸入電壓 Vin 為 5V、輸出電壓 Vo 為 3.3V、開關(guān)頻率 fsw 為 2.25MHz、最大負(fù)載電流 Io 為 1A。
在Equation2 中，Io 是最大負(fù)載電流，D 是占空比，Vo 是輸出電壓，L 是電感值。然后，可以根據(jù)所需的輸入電流 I 幅值 1mA 和計(jì)算出的最大輸入紋波電流值 Iin_max，使用Equation3 來計(jì)算增益。
在下一步中，可以使用Equation4，根據(jù)增益和開關(guān)頻率 fsw 確定截止頻率 fc/o。
此外，第三步還計(jì)算轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗。所有這些值均來自 TPS6281x-Q1 2.75V 至 6V 可調(diào)頻率降壓轉(zhuǎn)換器 數(shù)據(jù)表中針對器件工作條件繪制的效率與輸出電流關(guān)系圖。
為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，濾波器的輸出阻抗 Zout,f 需要小于轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗 Zin,c。轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的八分之一似乎是濾波器輸出阻抗的合理限值。
在上述公式中計(jì)算所有數(shù)據(jù)后，得出增益值為 0.030，交叉頻率為 69.5kHz，濾波器輸出阻抗為 1.2Ω。保留這些值作為基本參數(shù)，選擇 Lf,in 和 Cf,in 的值。交流阻抗公式有助于給出最小濾波電容和最大濾波電感值，從而遵守計(jì)算得出的阻抗限值。
在Equation7 中插入濾波器的最大阻抗值和截止頻率后，可得出最大濾波電感為 2.7μH，最小濾波電容為 1.9μH。使用 Lf,in 為 530nH 的電感器和 Cf,in 為 10μF 的電容器進(jìn)一步分析濾波器元件，查看其對整個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的影響。