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ZHCACJ2 april 2023 TPS7H5001-SP

1.3.5 输出滤波器和电容

对于大多数设计，会选择纹波电压并通过该值计算出输出电容。TPS7H5001-SP 设计的开始方式与使用方程式 19 至方程式 22 的设计的开始方式类似。

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

选择了大约 1145µF 的值，来保持较低的输出电压纹波。请注意，通过添加一个输出滤波器并在一小部分输出电容之后添加一个电感器，可以进一步降低设计中的输出电压纹波。选择了六个陶瓷电容器放置在输出滤波器之前，然后添加大型钽电容器和一些小型陶瓷电容器作为输出滤波器的一部分。初始陶瓷电容器有助于降低初始电流纹波，但具有非常大的输出电压纹波。放置在陶瓷电容器和输出端之间的电感器和电容器组合会使该电压纹波衰减。利用方程式 23 至方程式 28，可以确定特定输出滤波器电感产生的衰减量。选择了 500nH 的电感来衰减输出电压纹波。

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

有时，输出滤波器会导致在高频率下出现峰值，可以通过添加一个与电感器并联的电阻器来抑制该峰值。对于 UC1843A-SP 设计，0.5Ω 用作非常保守的值。可以使用方程式 29 至方程式 32 来计算抑制峰值所需的电阻。

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