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ZHCACJ2 april 2023 TPS7H5001-SP

1.3.5 輸出濾波器和電容

對于大多數設計，會選擇紋波電壓并通過該值計算出輸出電容。TPS7H5001-SP 設計的開始方式與使用方程式 19 至方程式 22 的設計的開始方式類似。

方程式 19.

C_{o u t} > \frac{I_{o u t} \times D_{}}{V_{R i p p l e} \times f_{o s c}}

方程式 20.

C_{o u t} > \frac{10 A \times 0.33}{50 m V \times 500 k H z} = 133 μ F

方程式 21.

C_{o u t} > \frac{Δ I_{s t e p}}{2 π \times Δ V_{o u t} \times f_{c o}}

方程式 22.

C_{o u t} > \frac{10 A)}{2 π \times 0 .15 V \times 10.0 k H z} = 1 m F

選擇了大約 1145μF 的值，來保持較低的輸出電壓紋波。請注意，通過添加一個輸出濾波器并在一小部分輸出電容之后添加一個電感器，可以進一步降低設計中的輸出電壓紋波。選擇了六個陶瓷電容器放置在輸出濾波器之前，然后添加大型鉭電容器和一些小型陶瓷電容器作為輸出濾波器的一部分。初始陶瓷電容器有助于降低初始電流紋波，但具有非常大的輸出電壓紋波。放置在陶瓷電容器和輸出端之間的電感器和電容器組合會使該電壓紋波衰減。利用方程式 23 至方程式 28，可以確定特定輸出濾波器電感產生的衰減量。選擇了 500nH 的電感來衰減輸出電壓紋波。

方程式 23.

F_{r e s o n a n t} = \frac{1}{2 π \times \sqrt{L_{F i l t e r} \times C_{o B u l k}}}

方程式 24.

F_{r e s o n a n t} = \frac{1}{2 π \times \sqrt{0.5 n H \times 1127 μ F}} = 6.7 k H z

方程式 25.

F_{Z e r o =} \frac{1}{2 π \times C_{o B u l k} \times E S R_{o B u l k}}

方程式 26.

F_{Z e r o =} \frac{1}{2 π \times 1127 μ F \times 0.009 Ω} = 15.69 k H z

方程式 27.

A t t e n u a t i o n_{f s W} = 40 \times \log_{10} (\frac{f_{o s c}}{f_{r e s o n a n t}}) - 20 \times \log_{10} (\frac{f_{o s c}}{f_{z e r o}})

方程式 28.

A t t e n u a t i o n_{f s W} = 40 \times \log_{10} (\frac{200 k H z}{6.7 k H z}) - 20 \times \log_{10} (\frac{200 k H z}{15.69 k H z}) = 36.88 d B

有時，輸出濾波器會導致在高頻率下出現峰值，可以通過添加一個與電感器并聯的電阻器來抑制該峰值。對于 UC1843A-SP 設計，0.5Ω 用作非常保守的值。可以使用方程式 29 至方程式 32 來計算抑制峰值所需的電阻。

方程式 29.

ω_{o} = \sqrt{\frac{2 (C_{o C e r m} + C_{o B u l k})}{L_{F i l t e r} \times C_{o C e r m} \times C_{o B u l k}}}

方程式 30.

ω_{o} = \sqrt{\frac{2 (19 μ F + 1127 μ F)}{500 n H \times 19 μ F \times 1127 μ F}} = 463 k H z

方程式 31.

R_{F i l t e r} = \frac{R_{o} \times L_{F i l t e r} \times (C_{o C e r m} + C_{o B u l k}) - \frac{L_{F i l t e r}}{ω_{o}}}{\frac{R_{o} \times (C_{o C e r m} + C_{o B u l k})}{ω_{o}} - L_{F i l t e r} \times C_{o C e r m}}

方程式 32.

R_{F i l t e r} = \frac{0.5 \times 500 n H \times (19 μ F + 1127 μ F) - \frac{500 n H}{463 k H z}}{\frac{0.5 \times (19 μ F + 1127 μ F)}{463 k H z} - 500 n H \times 19 μ F} = 0.232 Ω