ZHCAD51 October   2022 LM5123-Q1

 

  1.   1
  2.   如何使用 LM5123 设计升压转换器
  3.   商标
  4. 1设计示例
  5. 2计算和元件选型
    1. 2.1  开关频率
    2. 2.2  初始电感计算
    3. 2.3  电流检测电阻器选型
    4. 2.4  电感器选型
    5. 2.5  输出电容器选型
    6. 2.6  输入电容器选择
    7. 2.7  反馈电阻器选型
    8. 2.8  UVLO 电阻选型
    9. 2.9  软启动电容器选型
    10. 2.10 控制环路补偿
      1. 2.10.1 交叉频率 (fcross) 选择
      2. 2.10.2 RCOMP 选择
      3. 2.10.3 CCOMP 选择
      4. 2.10.4 CHF 选择
    11. 2.11 MOSFET 选择
  6. 3实现结果
  7. 4小信号频率建模
    1. 4.1 升压稳压器调制器建模
    2. 4.2 补偿建模
    3. 4.3 开环建模
  8. 5资源

2.5 输出电容器选型

需要输出电容器来使负载电压纹波平稳，并在负载瞬态期间提供能量源。输出电容器组和控制环路带宽影响稳压器的动态负载暂态响应。输出电容器向负载提供能量，直到控制环路可以调整到新的工作点。根据方程式 11 估算得出，控制环路交叉频率约为升压被控对象传递函数右半平面零点的 1/8。

方程式 11. fCROSSest=ωRHP2π∙8=VSUPPLY22π∙8∙POUTmax∙LM=8V22π∙8∙200W∙2.6µH=2.45kHz

估算的控制环路交叉频率为 2.45kHz。请注意，在最小输入电压和最大输出功率下会出现最小右半平面零点频率。

选择目标交叉频率后，可以使用方程式 12 来根据给定负载阶跃的瞬态响应计算最小输出电容。在可变输出电压设计中，最大负载阶跃发生在最小目标负载电压处，并且输出电容大小也相应地调整。

方程式 12. C O U T e s t ≥ Δ I L O A D 2 π ∙ Δ V L O A D ∙ f C R O S S e s t = 4.167 A) 2 π ∙ 360 m V ∙ 2.45 k H z = 752 µ F

其中

  • ΔILOAD 是给定的负载阶跃。此示例中为从半负载到满载。
  • ΔVLOAD 是负载瞬变引起的负载电压下冲。在此示例中，该值为目标负载电压的 1.5%。

计算得出的输出电容为 752μF，此设计中选择 900μF。

输出电容器的额定值必须能够处理低侧开关关断期间的 RMS 电流。使用方程式 13 估算最大输出纹波电流。

方程式 13. I C O U T r m s = 1 - D I L O A D 2 ∙ D 1 - D 2 + Δ I L 2 12 = 1 - 0.667 8.33 A) 2 ∙ 0.667 1 - 0.667 2 + 4.66 A) 2 12 = 11.82   A

其中

  • ΔIL 是电感器的峰峰值纹波电流

输出电容器组的 RMS 电流估计为 11.82A。请注意，在最坏的工作条件、最小电源电压、最大负载电压和全功率条件下会出现最高输出电容器 RMS 电流。输出电容器组由电解电容器和陶瓷电容器组成。每种化学物质都会为设计带来好处。电解电容器以相对较小的尺寸为低频能量存储提供了大容量电容，以满足负载瞬态需求。陶瓷电容器提供了低 ESR 和低 ESL 去耦路径，从而尽可能地减少耦合到负载电压的开关噪声。陶瓷电容器通常具有非常高的 RMS 电流额定值。由于各种化学物质的优点，输出电容器组由电解电容器和陶瓷电容器组成。