ZHCSNZ7A December 2022 – February 2024 TPS543A26
PRODUCTION DATA
- 1
- 1 特性
- 2 应用
- 3 说明
- 4 引脚配置和功能
- 5 规格
- 6 详细说明
- 7 应用和实施
- 8 器件和文档支持
- 9 修订历史记录
- 10机械、封装和可订购信息
7.2.1.2.4 输出电容器
选择输出电容器值时，主要考虑两点。输出电压纹波以及稳压器如何响应负载电流的大幅变化。输出电容必须根据比这些指标更为严苛的标准进行选择。
对负载电流较大变化的期望响应是首要标准，通常也是最严格的。稳压器不会立即响应负载电流的大幅快速增加或减小。输出电容器提供或吸收电荷，直到稳压器响应负载阶跃。控制环路必须检测输出电压的变化，然后根据负载变化调整峰值开关电流。最小输出电容是根据对环路带宽的估计来选择的。通常，环路带宽接近 fSW / 10。方程式 20 可估算所需的最小输出电容。
对于此示例，瞬态负载响应指定为 5% 的 VOUT 变化，负载阶跃为 8A。因此，ΔIOUT 为 8A，而 ΔVOUT 为 50mV。使用此目标给出的最小电容为 255μF。该值未将输出电容 ESR 纳入输出电压变化的考量范围。对于陶瓷电容器，ESR 的影响小到可以忽略不计。铝电解电容器和钽电容器具有更高的 ESR，这点必须在负载阶跃响应中考虑到。
其中
- ΔIOUT 是输出电流变化。
- ΔVOUT 是允许的输出电压变化。
除了环路带宽之外，电感电流压摆率也可能限制稳压器响应负载阶跃的速度。对于低占空比应用，电感电流在负载降压后斜坡下降所需的时间可能是限制因素。方程式 21 用于估算限制负载降压后输出电压变化所需的最小输出电容。使用所选的 0.22µH 电感，得出的最小电容为 59µF。
方程式 22 计算必须符合输出电压纹波规范的最小输出电容。在此示例中，目标最大稳态输出电压纹波为 10mV。在该要求下，方程式 22 得到的值为 52µF。
其中
- ΔIOUT 是输出电流变化。
- ΔVOUT 是允许的输出电压变化。
- fSW 是稳压器的开关频率。
- VORIPPLE 是允许的最大稳态输出电压纹波。
- IRIPPLE 是电感器纹波电流。
最后，即使应用没有严格的负载瞬态响应或输出纹波要求，仍需要最小电容，确保在 MODE 引脚上具有最低增益斜坡设置的情况下，控制环路可以保持稳定。方程式 23 可用于估算保持环路稳定所需的最小电容。方程式 23 通过将 LC 频率相对于开关频率保持在最小值来设置最小电容量。请参阅图 7-3，了解最低增益斜坡设置为 1pF 时，该限值与输出电压间的关系。使用 1V 输出和最小比值 35 时，方程式 23 得出的最小电容为 141µF。
方程式 24 可用于计算输出电容器必须满足输出电压纹波规格的最大组合 ESR，结果表明 ESR 必须小于 6mΩ。在这种情况下，使用陶瓷电容器，并联陶瓷电容器的组合 ESR 远小于满足纹波所需的 ESR。电容还会将纹波电流限制在处理电流时不会导致过热或故障的范围内。必须指定一个支持电感纹波电流的输出电容。电容数据表指定了最大纹波电流的 RMS 值。方程式 25 可用于计算输出电容必须支持的 RMS 纹波电流。对于此应用，方程式 25 得出 1.2A，陶瓷电容器的纹波电流额定值通常远高于此值。
为电源稳压器的电容选用 X5R 和 X7R 陶瓷介电材料或等效的介电材料，原因是其电容体积比较高并具有极强的温度稳定性。还必须在考虑直流偏置和交流电压降额的情况下选择输出电容器。通常可在电容器制造商的网站上找到陶瓷电容器因直流电压偏置和交流 RMS 电压而降额的电容值。对于此应用示例，使用了六个 100µF、10V、X5R、1210 陶瓷电容器，每个电容器的 ESR 为 3mΩ。对于这六个并联电容器，使用电容器制造商网站估算的降额后有效输出电容为 570µF。1V 电压下的直流偏置降额约为 -5%。由于环路交叉频率高于 fSW/10 估算值（如图 7-8 中所示），因此本设计能够使用的值小于计算得出的最小值。