ZHCAC39 February   2023 TPS62441-Q1 , TPS62442-Q1 , TPS62810-Q1 , TPS62811-Q1 , TPS62812-Q1 , TPS62813-Q1 , TPS628501-Q1 , TPS628502-Q1 , TPS628503-Q1 , TPS62870-Q1 , TPS62871-Q1 , TPS62872-Q1 , TPS62873-Q1

 

  1.   摘要
  2.   商标
  3. 1概述
  4. 2详细说明
    1. 2.1 输入滤波器设计
    2. 2.2 输出滤波器设计（第 2 级）
  5. 3测量与分析
  6. 4滤波器阻尼
  7. 5使用阻尼滤波器进行进一步分析
  8. 6结论
  9. 7Reference

2.1 输入滤波器设计

增益和输出阻抗是设计输入滤波器时需要考虑的两个重要参数。整个电路的最大阻抗需要保持在转换器的目标阻抗限值以下。可以使用Equation1 计算出直流/直流转换器的目标阻抗 Ztarget。

Equation1. Z t a r g e t = 2 ∙ V d d ∙   Δ V   I m a x

在该公式中，Vdd 是电源轨的电源电压，Imax 是芯片在最坏情况下的最大电流，ΔV 是电源轨电压电平的最大允许变化。在目标阻抗计算中，使用瞬态电流是因为此电流的斜率会触发 PDN 阻抗的高谐振频率，从而导致输出电压显著变化。

下面进一步介绍了为输入滤波器选择电感值和电容值的设计步骤。增益值是在设计输入滤波器的第一步计算出的。不使用滤波器时的最大输入电流幅值 Iin_max 以及所需的输入电流幅值 Ireq 对于计算滤波器增益非常重要。最大输入纹波电流可通过Equation2 计算得出。工作条件如下：输入电压 Vin 为 5V、输出电压 Vo 为 3.3V、开关频率 fsw 为 2.25MHz、最大负载电流 Io 为 1A。

Equation2. I i n _ m a x = I o ∙ D ( 1 - D ) + 1 12 ∙ ( V o L ∙ f s W ∙ I o ) 2 ∙ ( 1 - D ) 2 ∙ D

在Equation2 中，Io 是最大负载电流，D 是占空比，Vo 是输出电压，L 是电感值。然后，可以根据所需的输入电流 I 幅值 1mA 和计算出的最大输入纹波电流值 Iin_max，使用Equation3 来计算增益。

Equation3. G a i n = I r e q I i n _ m a x

在下一步中，可以使用Equation4，根据增益和开关频率 fsw 确定截止频率 fc/o。

Equation4. G a i n = f c / o f s W

此外，第三步还计算转换器的输入阻抗。所有这些值均来自 TPS6281x-Q1 2.75V 至 6V 可调频率降压转换器 数据表中针对器件工作条件绘制的效率与输出电流关系图。

Equation5. Z i n ： c = V i n 2 ∙   η   P o u t

为了实现整个系统的稳定性，滤波器的输出阻抗 Zout,f 需要小于转换器的输入阻抗 Zin,c。转换器输入阻抗的八分之一似乎是滤波器输出阻抗的合理限值。

Equation6. Z o u t , f < 1 8 ∙ Z i n ： c

在上述公式中计算所有数据后，得出增益值为 0.030，交叉频率为 69.5kHz，滤波器输出阻抗为 1.2Ω。保留这些值作为基本参数，选择 Lf,in 和 Cf,in 的值。交流阻抗公式有助于给出最小滤波电容和最大滤波电感值，从而遵守计算得出的阻抗限值。

Equation7. Z R = R             ：     Z L = j ω L               ,             Z C = j ω C

在Equation7 中插入滤波器的最大阻抗值和截止频率后，可得出最大滤波电感为 2.7µH，最小滤波电容为 1.9µH。使用 Lf,in 为 530nH 的电感器和 Cf,in 为 10µF 的电容器进一步分析滤波器元件，查看其对整个降压转换器稳定性的影响。