ZHCSO99D June 2021 – August 2022 TPS62932 , TPS62933 , TPS62933F , TPS62933O , TPS62933P
PRODUCTION DATA
10.2.2.8 輸出電容器選擇
該器件旨在與各種 LC 濾波器配合使用，因此通常需要使用盡可能小的輸出電容，來降低成本和減小尺寸。選擇輸出電容 Cout 時要小心，因為它直接影響以下規格：
- 穩態輸出電壓紋波
- 環路穩定性
- 負載電流瞬態期間的輸出電壓過沖和下沖
輸出電壓紋波基本上由兩部分組成。一部分由電感電流紋波經過輸出電容的等效串聯電阻 (ESR) 造成：
另一部分是由電感電流紋波對輸出電容充放電造成的：
其中
- K 是電感器電流的紋波比 (ΔIL/IOUT_MAX)。
電壓紋波中的兩個分量不是同相的，因此實際峰峰值紋波小于兩個峰值之和。
如果系統需要嚴格的電壓調節并存在大電流階躍和快速壓擺率，則輸出電容通常受負載瞬態要求而非輸出電壓紋波的限制。當發生大負載階躍時，輸出電容器在電感器電流上升到適當的水平之前為其提供需要的電荷。轉換器的控制環路通常需要八個或更多時鐘周期來將電感器電流調節至與新負載水平相等。輸出電容必須足夠大，才能提供約八個時鐘周期的電流差，從而將輸出電壓保持在指定范圍內。Equation21 展示了指定 VOUT 過沖和下沖所需的最小輸出電容。
其中
- D 是穩態占空比，等于 VOUT/VIN。
- ΔVOUT 為輸出電壓變化。
- ?IOUT 是輸出電流變化。
此設計示例中，目標輸出紋波是 30 mV。假設 ΔVOUT_ESR = ΔVOUT_C = 30mV 并選擇 K = 0.4。通過Equation19 可得出不大于 25mΩ 的 ESR，通過Equation20 可得出不大于 10μF 的 COUT。對于此設計的目標過沖和下沖限制，輸出電流階躍為 ΔIOUT = 1.5A 時，ΔVOUT_SHOOT < 5% × VOUT = 250mV。通過Equation21 計算得出，COUT 不大于 25μF。綜上所述，輸出電容的最嚴格標準是 25μF。考慮到陶瓷電容器具有直流偏置降額，可以使用一組 1206 外殼尺寸的 2 × 22μF、35V 陶瓷電容器 C3216X5R1V226M160AC 來實現。
可以使用更多的輸出電容器來改善負載瞬態響應。陶瓷電容器可以輕松滿足最低 ESR 要求。在某些情況下，可以將鋁電解電容器與陶瓷并聯放置，以建立所需的電容值。當混合使用鋁和陶瓷電容器時，請使用陶瓷的最小建議值并根據需要添加鋁電解電容器。
表 10-2 給出的建議提供了給定條件下輸出電容的典型值和最小值。這些值是有效的數字。如果要使用最小值，則必須在所有預期應用條件下測試該設計，包括輸入電壓、輸出電流和環境溫度。此測試必須包括波特圖和負載瞬態評估。總輸出電容的最大值可以參考采用 SOT583 封裝的 TPS62933 熱性能應用報告 中的 COUT 選型和 CFF 選型。較大的輸出電容值會對轉換器的啟動行為以及環路穩定性產生不利影響。如果必須使用大于此處注釋的值，則必須仔細研究滿載啟動和環路穩定性。
實際上，輸出電容器對瞬態響應和環路相位裕度的影響非常大。負載瞬態測試和波特圖是驗證任何給定設計的理想方法，必須始終在應用投入生產之前完成。除了所需的輸出電容外，放置在輸出端的小型陶瓷電容器還可以降低高頻噪聲。1nF 至 100nF 范圍內的小外殼尺寸陶瓷電容器有助于減少由電感器和電路板寄生效應引起的輸出尖峰。
表 10-2 展示了推薦的 LC 組合。
| VOUT(V) | fSW (kHz) | RTOP (kΩ) | RDOWN (kΩ) | 典型電感 L (μH) | 典型有效 COUT (μF) | 最小有效 COUT (μF) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3.3 | 500 | 31.3 | 10.0 | 4.7 | 40 | 15 | ||
| 1200 | 2.2 | 30 | 10 | |||||
| 5 | 500 | 52.5 | 10.0 | 6.8 | 20 | 10 | ||
| 1200 | 3.3 | 20 | 10 | |||||
| 12 | 500 | 140.0 | 10.0 | 12 | 15 | 10 | ||