ZHCSEW5B April 2016 – April 2021 TPS54202
PRODUCTION DATA
8.2.3.5.2 输出电容器选型
选择输出电容值时，主要考虑三个因素。输出电容将决定调制器极点、输出电压纹波以及稳压器响应负载电流显著变化的方式。输出电容必须根据比上述三项指标更为严苛的标准进行选择。
第一项标准是稳压器针对负载电流显著变化做出的相应。当稳压器不能为负载供电时，输出电容必须向负载提供电流。如果稳压器存在所需的保持时间，则会发生这种情况。在这种情况下，在断开输入电源后，输出电容器必须在指定的时间内保持输出电压在特定电平以上。如果出现影响负载电流要求的短时间显著提升（例如由空载状态转换至满载状态），稳压器也将暂时无法提供足够的输出电流。稳压器通常需要在不少于两个控制回路时钟周期内观察负载电流和输出电压变化，进而通过调节占空比进行响应。必须调整输出电容器，以便在控制回路响应负载变化前向负载额外提供电流。输出电容必须足够大，从而填补 2 个时钟周期内的电流差，同时输出电压仅允许下降可容许值。使用Equation11 计算所需的最小输出电容。
其中：
- ∆IOUT 是输出电流变化
- ƒSW 是稳压器的开关频率
- ∆V(OUT )b 是输出电压的允许变化
对于此示例，瞬态负载响应指定为 5% 的输出电压 VOUT 变化，负载阶跃为 1.5A。对于此示例，ΔIOUT = 1.5A，ΔVOUT = 0.05 × 5 = 0.25V。使用这些值得到的最小电容为 24μF。该值未将输出电容器 ESR 纳入输出电压变化的考量范围。对于陶瓷电容器，其 ESR 足够小，在计算过程中可以忽略不计。
Equation12 用于计算满足输出电压纹波规格所需的最小输出电容。在本例中，最大输出电压纹波为 30mV。在该要求下，Equation12 得到的值为 4.56μF。
其中：
- ƒSW 是开关频率
- V(OUTripple) 是允许的最大输出电压纹波
- I(ripple) 是电感器纹波电流
根据Equation13 计算最大 ESR 输出电容，其值必须符合输出电压纹波规范。Equation13 表明 ESR 应小于 54.8mΩ。在本例中，陶瓷电容器的 ESR 远小于 54.8mΩ。
输出电容器可能会影响交叉频率 ƒo。考虑到环路稳定性和内部寄生参数的影响，请选择小于 40kHz 的交叉频率，而不考虑前馈电容器。可以根据Equation14 简单估算没有前馈电容器 C6 时的交叉频率（假设 COUT 的 ESR 很小）。
因老化、温度及直流偏置而产生的附加电容降额应纳入考量范围，它们会使输出电容的最小值增加。在此示例中，使用了 2 个 22μF、25V、X7R 类型的陶瓷电容器。电容一般将纹波电流限制在处理电流时不会导致故障或过热的范围内。必须指定一个支持电感纹波电流的输出电容。部分电容数据表指定了最大纹波电流的 RMS 值。使用Equation15 可以计算经过输出电容器必须支持的 RMS 纹波电流。对于此应用，Equation15 为每个电容器得出的值是 79mA。
