ZHCSNZ9A May 2023 – February 2024 TPS543A22
PRODUCTION DATA
- 1
- 1 特性
- 2 應用
- 3 說明
- 4 引腳配置和功能
- 5 規格
- 6 詳細說明
- 7 應用和實施
- 8 器件和文檔支持
- 9 修訂歷史記錄
- 10機械、封裝和可訂購信息
7.2.1.2.4 輸出電容器
選擇輸出電容器值時，主要考慮兩點。輸出電壓紋波以及穩壓器如何響應負載電流的大幅變化。輸出電容必須根據比這些指標更為嚴苛的標準進行選擇。
對負載電流較大變化的期望響應是首要標準，通常也是最嚴格的。穩壓器不會立即響應負載電流的大幅快速增加或減小。輸出電容器提供或吸收電荷，直到穩壓器響應負載階躍。控制環路必須檢測輸出電壓的變化，然后根據負載變化調整峰值開關電流。最小輸出電容是根據對環路帶寬的估計來選擇的。通常，環路帶寬接近 fSW / 10。方程式 20 可估算所需的最小輸出電容。
對于此示例，瞬態負載響應指定為 5% 的 VOUT 變化，負載階躍為 6A。因此，ΔIOUT 為 6A，而 ΔVOUT 為 50mV。使用此目標給出的最小電容為 191μF。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，ESR 的影響小到可以忽略不計。鋁電解電容器和鉭電容器具有更高的 ESR，這點必須在負載階躍響應中考慮到。
其中
- ΔIOUT 是輸出電流變化。
- ΔVOUT 是允許的輸出電壓變化。
除了環路帶寬之外，電感電流壓擺率也可能限制穩壓器響應負載階躍的速度。對于低占空比應用，電感電流在負載降壓后斜坡下降所需的時間可能是限制因素。方程式 21 用于估算限制負載降壓后輸出電壓變化所需的最小輸出電容。使用所選的 0.300μH 電感，得出的最小電容為 119.8μF。
方程式 22 計算必須符合輸出電壓紋波規范的最小輸出電容。在此示例中，目標最大穩態輸出電壓紋波為 10mV。在該要求下，方程式 22 得到的值為 43.7μF。
其中
- ΔIOUT 是輸出電流變化。
- ΔVOUT 是允許的輸出電壓變化。
- fSW 是穩壓器的開關頻率。
- VORIPPLE 是允許的最大穩態輸出電壓紋波。
- IRIPPLE 是電感器紋波電流。
最后，即使應用沒有嚴格的負載瞬態響應或輸出紋波要求，仍需要最小電容，確保在 MODE 引腳上具有最低增益斜坡設置的情況下，控制環路可以保持穩定。方程式 23 可用于估算保持環路穩定所需的最小電容。方程式 23 通過將 LC 頻率相對于開關頻率保持在最小值來設置最小電容量。請參閱圖 7-3，了解最低增益斜坡設置為 1pF 時，該限值與輸出電壓間的關系。使用 1V 輸出和最小比值 35 時，方程式 23 得出的最小電容為 103.4μF。
方程式 24 可用于計算輸出電容器必須滿足輸出電壓紋波規格的最大組合 ESR，結果表明 ESR 必須小于 6m?。在這種情況下，使用陶瓷電容器，并聯陶瓷電容器的組合 ESR 遠小于滿足紋波所需的 ESR。電容還會將紋波電流限制在處理電流時不會導致過熱或故障的范圍內。必須指定一個支持電感紋波電流的輸出電容。電容數據表指定了最大紋波電流的 RMS 值。方程式 25 可用于計算輸出電容必須支持的 RMS 紋波電流。對于此應用，方程式 25 得出 1.2A，陶瓷電容器的紋波電流額定值通常遠高于此值。
為電源穩壓器的電容選用 X5R 和 X7R 陶瓷介電材料或等效的介電材料，原因是其電容體積比較高并具有極強的溫度穩定性。還必須在考慮直流偏置和交流電壓降額的情況下選擇輸出電容器。通常可在電容器制造商的網站上找到陶瓷電容器因直流電壓偏置和交流 RMS 電壓而降額的電容值。對于此應用示例，使用了六個 100μF、10V、X5R、1210 陶瓷電容器，每個電容器的 ESR 為 3mΩ。對于這六個并聯電容器，使用電容器制造商網站估算的降額后有效輸出電容為 570μF。1V 電壓下的直流偏置降額約為 -5%。由于環路交叉頻率高于 fSW/10 估算值（如圖 7-8 中所示），因此本設計能夠使用的值小于計算得出的最小值。