ZHCSQW6B November 2024 – March 2025 TPS54338 , TPS54438 , TPS54538
PRODUCTION DATA
该器件旨在与各种 LC 滤波器配合使用,因此需要使用尽可能小的输出电容,来降低成本和减小尺寸。选择输出电容 COUT 时要小心,因为输出电容直接影响以下规格:
输出电压纹波基本上由两部分组成。一部分由电感电流纹波经过输出电容的等效串联电阻 (ESR) 造成:
另一部分是由电感电流纹波对输出电容充放电造成的:
其中
电压纹波中的两个分量不是同相的,因此实际峰峰值纹波小于两个峰值之和。
如果系统需要严格的电压调节并存在大电流阶跃和快速压摆率,则输出电容通常受负载瞬态要求而非输出电压纹波的限制。当发生大负载阶跃时,输出电容器在电感器电流上升到适当的水平之前为其提供需要的电荷。转换器的控制环路通常需要八个或更多时钟周期来将电感器电流调节至与新负载水平相等。输出电容必须足够大,才能提供约八个时钟周期的电流差,从而将输出电压保持在指定范围内。方程式 22 展示了指定 VOUT 过冲和下冲所需的最小输出电容。
其中
此设计示例中,目标输出纹波是 30mV。假设 ΔVOUT_ESR = ΔVOUT_C = 30mV 并选择 K = 0.3。通过方程式 20 可得出不大于 25mΩ 的 ESR,通过方程式 21 可得出不小于 10μF 的 COUT。对于此设计的过冲和下冲限制,输出电流阶跃为 ΔIOUT = 4A 且 SRΔIOUT = 0.8A/μs 时,ΔVOUT_SHOOT < 5% × VOUT = 250mV。通过方程式 22 计算得出,COUT不小于 38μF。综上所述,输出电容的最严格标准是 38μF。考虑到陶瓷电容器具有直流偏置降额,可以使用一组 1206 外壳尺寸的 2 × 22μF、35V 陶瓷电容器 C3216X5R1V226M160AC 来实现。
可以使用更多的输出电容器来改善负载瞬态响应。陶瓷电容器可以轻松满足最低 ESR 要求。在某些情况下,可以将铝电解电容器与陶瓷并联放置,以建立所需的电容值。当混合使用铝和陶瓷电容器时,请使用陶瓷的最小建议值并根据需要添加铝电解电容器。
表 7-2 给出的建议提供了给定条件下输出电容的典型值。较大的输出电容值会对转换器的启动行为以及环路稳定性产生不利影响。如果必须使用大于此处注释的值,则必须仔细研究满载启动和环路稳定性。
实际上,输出电容器对瞬态响应和环路相位裕度的影响非常大。负载瞬态测试和波特图是验证任何给定设计的理想方法,必须始终在应用投入生产之前完成。除了所需的输出电容外,放置在输出端的小型陶瓷电容器还可以降低高频噪声。1nF 至 100nF 范围内的小外壳尺寸陶瓷电容器有助于减少由电感器和电路板寄生效应引起的输出尖峰。
表 7-2 展示了推荐的 LC 组合。
| VOUT(V) | fSW (kHz) | RTOP (kΩ) | RDOWN (kΩ) | 典型电感 L (μH) | 典型 COUT (μF) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3.3 | 500 | 45 | 10.0 | 4.7 | 44 | ||
| 1000 | 1.5 | 44 | |||||
| 5 | 500 | 73.3 | 10.0 | 5.6 | 44 | ||
| 1000 | 2.2 | 44 | |||||
| 12 | 500 | 190 | 10.0 | 5.6 | 66 | ||