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ZHCSSP0 February 2024 TPS54KC23

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封裝選項

機械數據 (封裝 | 引腳)

RZR|16
- MPQF704A

散熱焊盤機械數據 (封裝 | 引腳)

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7.2.2.5 選擇輸出電容器

選擇輸出電容值時，需要考慮三點：

穩定性
穩態輸出電壓紋波
穩壓器對負載電流變化的瞬態響應

首先，根據這三個要求計算最小輸出電容。方程式 22 可計算使 LC 雙極點低于 f_P(MAX) 的最小電容，從而滿足穩定性要求。滿足該要求有助于使 LC 雙極點保持在接近內部零點的位置。方程式 23 可計算滿足 8mV 穩態輸出電壓紋波要求的最小電容。此計算適用于 CCM 工作模式，不包括由輸出電容器的 ESR 或 ESL 引起的輸出電壓紋波部分。

方程式 22.

C_{O U T_S T A B I L I T Y} > {(\frac{1}{2 π \times f_{P (RAMP4)} \times (1 + {(\frac{V_{O U T}}{V_{I N (T Y P)}})}^{2})})}^{2} \times \frac{1}{L_{O U T}} = {(\frac{1}{2 π \times 26.5 k H z \times (1 + {(\frac{0.8 V}{12 V})}^{2})})}^{2} \times \frac{1}{0.15 μ H} = 238 μ F

方程式 23.

C_{O U T_R I P P L E} > \frac{I_{R I P P L E}}{8 \times V_{R I P P L E} \times f_{S W}} = \frac{6.3 A}{8 \times 8 m V \times 800 k H z} = 137 μ F

方程式 25 和方程式 26 可計算滿足 32mV 瞬態響應要求（階躍為 15A）的最小電容。這些公式計算當電感器電流在負載階躍后斜升或斜降時保持輸出電壓穩定所需的輸出電容。通過計算確定，僅需要 659μF 來滿足瞬態響應要求。此計算假定為瞬時負載階躍。在 1A/us 轉換率條件下進行實驗室評估后，減小了電容，同時仍滿足負載階躍要求。

方程式 24.

C_{O U T_U N D E R S H O O T} > \frac{L \times {I_{S T E P}}^{2} \times (\frac{V_{O U T}}{V_{I N} (m i n) \times f_{S W}} + t_{O F F_M I N} (m a x))}{2 \times V_{T R A N S} \times V_{O U T} \times (\frac{V_{I N} (m i n) - V_{O U T}}{V_{I N} (m i n) \times f_{S W}} - t_{O F F_M I N} (m a x))}

方程式 25.

C_{O U T_U N D E R S H O O T} > \frac{0.15 μ H \times {15 A}^{2} \times (\frac{0.8 V}{4.5 V \times 800 k H z} + 150 n s)}{2 \times 32 m V \times 0.8 V \times (\frac{4.5 V - 0.8 V}{4.5 V \times 800 k H z} - 150 n s)} = 280 μ F

方程式 26.

C_{O U T_O V E R S H O O T} > \frac{L \times {I_{S T E P}}^{2}}{2 \times V_{T R A N S} \times V_{O U T}} = \frac{0.15 μ H \times {15 A}^{2}}{2 \times 32 m V \times 0.8 V} = 659 μ F

滿足過沖要求所需的輸出電容是最高值，因此這將設置本例所需的最小輸出電容。穩定性要求也會限制最大輸出電容。方程式 27 計算建議的最大輸出電容。此計算使 LC 雙極點保持在 f_SW 的 1/100 以上。可以使用更大的輸出電容，但必須通過波特圖或瞬態響應測量來檢查穩定性。選擇的輸出電容為 12 × 47μF、4V 陶瓷電容器。使用陶瓷電容器時，由于直流和交流偏置效應，電容必須降額。選擇的電容器降額至其標稱值的 73%，即有效總電容為 412μF。

方程式 27.

C_{O U T_S T A B I L I T Y} < {(\frac{50}{π \times f_{S W}})}^{2} \times \frac{1}{L} = {(\frac{50}{π \times 800 k H z})}^{2} \times \frac{1}{0.15 μ H} = 2639 μ F

該應用全部使用陶瓷電容器，因此忽略了 ESR 對紋波和瞬態的影響。如果使用非陶瓷電容器，則 ESR 一開始必須低于方程式 28 中計算的值以滿足紋波要求，并低于方程式 29 中計算的值以滿足瞬態要求。為了進行更準確的計算或如果使用的是混合的輸出電容器，必須使用輸出電容器的阻抗來確定是否可以滿足紋波和瞬態要求。

方程式 28.

R_{E S R_R I P P L E} < \frac{V_{R I P P L E}}{I_{R I P P L E}} = \frac{8 m V}{6.3 A} = 1.3 m Ω

方程式 29.

R_{E S R_T R A N S} < \frac{V_{T R A N S}}{I_{S T E P}} = \frac{32 m V}{15 A} = 2.13 m Ω