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ZHCAB40A October 2020 – July 2022 LMR36520

3.2 初級輸出電容器

初級輸出電容器將決定輸出電壓紋波大小以及穩(wěn)壓器可在其初級輸出端實現(xiàn)的負載響應(yīng)性能。Equation21、Equation22 和Equation23 可用于估算輸出電容的下限和電容器 ESR 的上限。

Equation40.

C_{o u t} \geq \frac{? I_{o u t}}{f_{s W} \times ? V_{o u t} \times K} \times [(1 - D) \times (1 + K) + \frac{K^{2}}{12} \times (2 - D)]

Equation22.

E S R \leq \frac{(2 + K) \times ? V_{o u t}}{2 \times ? I_{o u t} [1 + K + \frac{K^{2}}{12} \times (1 + \frac{1}{(1 - D)})]}

Equation23.

D = \frac{V_{o u t}}{V_{i n}}

其中

ΔV_out = 輸出電壓瞬態(tài)
ΔI_out = 輸出電流瞬態(tài)
K = 紋波系數(shù)

盡管表 3-1 中并未指明，但我們可以假定 ΔI_out = 0.5A 且 ΔV_out = 20mV，并且根據(jù)上一節(jié)，K ? 0.5。求解 C_out 和 ESR：

Equation24.

C_{o u t} \geq 97.6 μ F

Equation25.

E S R \leq 32 m ?

選擇并聯(lián)兩個 47μF 多層陶瓷電容器時，得到的輸出電容會略小于Equation24，因此輸出電壓紋波會變大，但這在此設(shè)計中是可接受的。

使用Equation26 來估算輸出電壓紋波，結(jié)果為：

Equation26.

V_{r} ? ? I_{L} \times \sqrt{{E S R}^{2} + \frac{1}{{(8 \times f_{s W} \times C_{O U T})}^{2}}}

Equation27.

V_{r} ? 0.015 V_{p k - p k}

Equation27 中的該預(yù)期電壓紋波小于所需輸出電壓的 1%，因此這在大多數(shù)應(yīng)用中都是可以接受的。

若要減少初級輸出端上的高頻噪聲，還可以在輸出端額外放置一個約 100nF 的高頻電容器。

所有初級輸出電容器的額定電壓都應(yīng)該大于所需的輸出電壓，并且考慮到與直流偏置和溫度相關(guān)的降額問題，可能需要具有更高的額定電壓。請查看電容器數(shù)據(jù)表，確保輸出電容不會在所需輸出電壓和溫度條件下顯著降低額定值。對于此應(yīng)用，合適的額定電壓為 16V 至 25V。

為確保正常運行，初級輸出電容器的均方根電流額定值是另一個必須滿足的重要參數(shù)。下圖顯示了初級和次級輸出電容器上交流電流波形的直線近似值。這些電流波形的均方根值可以使用分段線性近似法來估算，下文將詳細介紹這方面的內(nèi)容。

圖 3-2 輸出電容器上交流電流的直線近似值

Equation28.

i_{p r i_c o u t_r m s} = \sqrt{\frac{y^{2} + x^{2} + x * y}{3} \times (\frac{t_{o n}}{T}) \times \frac{x^{2} + z^{2} + x * z}{3} \times (\frac{t_{o f f}}{T})}

Equation29.

x = I_{p r i_p o s p k} = 1.244 A

Equation30.

y = I_{o u t 1} - \frac{? i_{m}}{2} = 0.256 A

Equation31.

z = I_{p r i_n e g p k} - I_{o u t 1} = - 1.244 A

Equation32.

i_{p r i_c o u t_r m s} = 0.761 A_{r m s}

Equation32 顯示了將在初級輸出電容器上拆分的交流電流。因此，為初級輸出電容器組選擇的兩個 47μF 陶瓷電容器上預(yù)計會有約 380mA_rms 的電流，并且額定值應(yīng)該大于該值。