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ZHCAB40A October 2020 – July 2022 LMR36520

3.2 初级输出电容器

初级输出电容器将决定输出电压纹波大小以及稳压器可在其初级输出端实现的负载响应性能。Equation21、Equation22 和Equation23 可用于估算输出电容的下限和电容器 ESR 的上限。

Equation40.

C_{o u t} \geq \frac{∆ I_{o u t}}{f_{s W} \times ∆ V_{o u t} \times K} \times [(1 - D) \times (1 + K) + \frac{K^{2}}{12} \times (2 - D)]

Equation22.

E S R \leq \frac{(2 + K) \times ∆ V_{o u t}}{2 \times ∆ I_{o u t} [1 + K + \frac{K^{2}}{12} \times (1 + \frac{1}{(1 - D)})]}

Equation23.

D = \frac{V_{o u t}}{V_{i n}}

其中

尽管表 3-1 中并未指明，但我们可以假定 ΔI_out = 0.5A 且 ΔV_out = 20mV，并且根据上一节，K ≅ 0.5。求解 C_out 和 ESR：

Equation24.

C_{o u t} \geq 97.6 μ F

Equation25.

E S R \leq 32 m Ω

选择并联两个 47μF 多层陶瓷电容器时，得到的输出电容会略小于Equation24，因此输出电压纹波会变大，但这在此设计中是可接受的。

使用Equation26 来估算输出电压纹波，结果为：

Equation26.

V_{r} ≅ ∆ I_{L} \times \sqrt{{E S R}^{2} + \frac{1}{{(8 \times f_{s W} \times C_{O U T})}^{2}}}

Equation27.

V_{r} ≅ 0.015 V_{p k - p k}

Equation27 中的该预期电压纹波小于所需输出电压的 1%，因此这在大多数应用中都是可以接受的。

若要减少初级输出端上的高频噪声，还可以在输出端额外放置一个约 100nF 的高频电容器。

所有初级输出电容器的额定电压都应该大于所需的输出电压，并且考虑到与直流偏置和温度相关的降额问题，可能需要具有更高的额定电压。请查看电容器数据表，确保输出电容不会在所需输出电压和温度条件下显著降低额定值。对于此应用，合适的额定电压为 16V 至 25V。

为确保正常运行，初级输出电容器的均方根电流额定值是另一个必须满足的重要参数。下图显示了初级和次级输出电容器上交流电流波形的直线近似值。这些电流波形的均方根值可以使用分段线性近似法来估算，下文将详细介绍这方面的内容。

图 3-2 输出电容器上交流电流的直线近似值

Equation28.

i_{p r i_c o u t_r m s} = \sqrt{\frac{y^{2} + x^{2} + x * y}{3} \times (\frac{t_{o n}}{T}) \times \frac{x^{2} + z^{2} + x * z}{3} \times (\frac{t_{o f f}}{T})}

Equation29.

x = I_{p r i_p o s p k} = 1.244 A

Equation30.

y = I_{o u t 1} - \frac{∆ i_{m}}{2} = 0.256 A

Equation31.

z = I_{p r i_n e g p k} - I_{o u t 1} = - 1.244 A

Equation32.

i_{p r i_c o u t_r m s} = 0.761 A_{r m s}

Equation32 显示了将在初级输出电容器上拆分的交流电流。因此，为初级输出电容器组选择的两个 47μF 陶瓷电容器上预计会有约 380mA_rms 的电流，并且额定值应该大于该值。