ZHCSY00C March   2025  – November 2025 TPS7H4102-SEP , TPS7H4104-SEP

PRODMIX  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 器件比较表
  6. 5 引脚配置和功能
  7. 6 规格
    1. 6.1 绝对最大额定值
    2. 6.2 ESD 等级
    3. 6.3 建议运行条件
    4. 6.4 热性能信息
    5. 6.5 电气特性
    6. 6.6 质量合格检验
    7. 6.7 典型特性
  8. 7 参数测量信息
  9. 8 详细说明
    1. 8.1 概述
    2. 8.2 功能方框图
    3. 8.3 特性说明
      1. 8.3.1 VIN 和功率 VIN 引脚（VIN 和 PVIN）
      2. 8.3.2 电压基准
      3. 8.3.3 设置 VOUTx
        1. 8.3.3.1 带误差的 VOUTx
        2. 8.3.3.2 最小输出电压
        3. 8.3.3.3 最大输出电压
      4. 8.3.4 使能与 EN_SEQ
        1. 8.3.4.1 ENx 与外部 UVLO
        2. 8.3.4.2 序列上升/下降 (EN_SEQ)
      5. 8.3.5 电源正常 (PWRGDx)
      6. 8.3.6 可调开关频率、同步 (SYNC) 与相对相移
        1. 8.3.6.1 内部时钟模式
        2. 8.3.6.2 外部时钟模式与切换
        3. 8.3.6.3 相对相移
      7. 8.3.7 导通行为
        1. 8.3.7.1 启动期间的脉冲跳跃
        2. 8.3.7.2 软启动 (SS_TRx)
        3. 8.3.7.3 安全启动至预偏置输出
        4. 8.3.7.4 跟踪和时序控制 (SS_TRx)
      8. 8.3.8 保护模式
        1. 8.3.8.1 过流保护
          1. 8.3.8.1.1 高侧逐周期过流保护 (IOC_HSx)
          2. 8.3.8.1.2 低侧拉电流过流保护 (IOC_LS_SOURCINGx)
          3. 8.3.8.1.3 COMPx 钳位关断（COMPxCLAMP）
          4. 8.3.8.1.4 低侧过流拉电流与灌电流保护
        2. 8.3.8.2 输出过压保护 (OVP)
        3. 8.3.8.3 热关断
      9. 8.3.9 误差放大器和环路响应
        1. 8.3.9.1 误差放大器
        2. 8.3.9.2 功率级跨导
        3. 8.3.9.3 斜率补偿
        4. 8.3.9.4 频率补偿
    4. 8.4 器件功能模式
  10. 9 应用和实施
    1. 9.1 应用信息
    2. 9.2 典型应用
      1. 9.2.1 设计要求
      2. 9.2.2 详细设计过程
        1. 9.2.2.1 运行频率
        2. 9.2.2.2 输出电感器选型
        3. 9.2.2.3 输出电容器选型
        4. 9.2.2.4 输入电容器选型
        5. 9.2.2.5 软启动电容器选型
        6. 9.2.2.6 欠压锁定 (UVLO) 设定点
        7. 9.2.2.7 输出电压反馈电阻器选择
        8. 9.2.2.8 斜率补偿要求
        9. 9.2.2.9 补偿元件选择
      3. 9.2.3 应用曲线
    3. 9.3 并行运行
      1. 9.3.1 输入和输出电容降低
        1. 9.3.1.1 输出电容减小
        2. 9.3.1.2 输入电容减小
    4. 9.4 未使用通道的端接指南
    5. 9.5 电源相关建议
    6. 9.6 布局
      1. 9.6.1 布局指南
      2. 9.6.2 布局示例
  11. 10器件和文档支持
    1. 10.1 文档支持
      1. 10.1.1 相关文档
    2. 10.2 接收文档更新通知
    3. 10.3 支持资源
    4. 10.4 商标
    5. 10.5 静电放电警告
    6. 10.6 术语表
  12. 11修订历史记录
  13. 12机械、封装和可订购信息

9.2.2.3 输出电容器选型

确定输出电容值时，需要考虑三点：输出电容器选择主要受以下因素影响：

  1. 功率级自然开关动作驱动的期望输出电压纹波。
  2. 负载电流大幅突变（负载阶跃）导致的容许电压偏差。

选择输出电容时，需依据两个标准中更为严格的一个（参阅 方程式 33）进行选择。选择电容器时，请注意选择具有足够额定电压与额定温度的电容器，并且应考虑直流偏置效应引起的任何有效电容变化。需要注意的是，输出电容的值直接影响转换器频率响应的调制器极点，如节 9.2.2.9 中所述。

方程式 33. C O U T x F ≥ m a x C O U T x _ L O A D _ S T E P F , C O U T x _ R I P P L E F

要考虑的第一个标准是所需的负载阶跃响应。当稳压器在负载电流需求大幅快速增加期间暂时无法提供足够的输出电流时，通常会发生这种情况。处理器等动态负载从空载变为满负载期间，可能出现这一情况。选择输出电容值时应将以下注意事项纳入考量范围：输出电容器在控制环路响应负载变化前需要向负载额外提供电流。方程式 34 从电气角度显示了实现该目的所需的最小输出电容。这是一个一阶近似值，并未考虑输入电容器的 ESR 与 ESL。对于陶瓷电容器，其 ESR 足够小，在计算过程中可以忽略不计。但是，对于航天应用和大电容值电容器，通常使用钽电容器，此类电容器将某个 ESR 值纳入考量范围。

方程式 34. C O U T x _ L O A D _ S T E P F = 2 × ∆ I O U T x ( A ) f S W ( H z ) × ∆ V O U T x _ L O A D _ S T E P ( V )

其中：

  • ΔIOUTx 是应用中负载电流（负载阶跃）的最坏情况变化，以安培（A）为单位。在本例中，设计的满负载阶跃为每相 3A。
  • fSW 是转换器的开关频率（单位：Hz）。在本例中，所选开关频率为 500kHz。
  • ΔVOUTx_LOAD_STEP 是负载阶跃导致的输出电压允许变化量。在本例中，目标是确保额定输出电压变化不超过 3.5%。

下一个标准是利用 方程式 35计算所需电容，以便满足输出电压纹波要求。在本设计中，最大期望输出电压纹波小于 VOUTx 的 0.8%。

方程式 35. C O U T x _ R I P P L E F = ∆ i L x ( A ) 8 × f S W ( H z ) × ∆ V O U T x _ R I P P L E ( V )

其中：

  1. ΔiLx 是纹波电流（单位：安培(A)）。如需了解每个通道的值，可参阅表 9-3。
  2. fSW 是转换器的开关频率（单位：Hz）。在本例中，所选开关频率为 500kHz。
  3. ΔVOUTx_RIPPLE 是转换器开关特性导致的目标输出电压纹波。在本设计中，目标是不超过额定输出电压的 0.8%。

最后，在满足输出电压纹波要求时，必须将电容器的 ESR 纳入考量范围。可通过 方程式 36，计算 ESR 的上限。每个通道的结果如 输出电容器设计计算 所示。

方程式 36. E S Rx ≤ ∆ V O U T x _ R I P P L E ( V ) ∆ i L x ( A )
表 9-4 输出电容器设计计算
VOUTx (V) COUTx_LOAD_STEP (μF) COUTx_RIPPLE (μF) 最大 ESR (mΩ)
0.8 428.57 29.67 8.43
1.2 285.71 27.15 9.21
1.5 228.57 25.25 9.90
1.8 190.48 19.11 13.08

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，所需输出电容的最小值在上述情况下会有所提升。电容器一般将纹波电流量限制在其处理电流时不会导致故障或过热的范围内。对于所选输出电容器组，必须能够处理通过 方程式 30 计算出的纹波电流。对于所选电感器与额定输出电压，各种情况下的纹波电流如 表 9-2 所示。

对于这一特定设计，考虑到上述所有要求，为每个通道选择一个 470μF 的 T55 钽电容器。所选电容器的最大 ESR 为7mΩ，最大 RMS 电流额定值为 5.66A。此外，还并联了一个用于高频滤波的 0.1μF 陶瓷电容器。这样可得到总电容为 470.1μF。通过 方程式 37，我们能够计算出每个通道的预期纹波电压，结果如 表 9-5 所示

方程式 37. ∆ V O U Tx _ R I P P L E = ∆ i L x ( A ) 8 × f S W ( H z ) × C O U T x ( F ) + E S R ( Ω ) × ∆ i L x ( A )
表 9-5 预期输出电压纹波
VOUTx (V) ΔVOUTx_RIPPLE (mV) ΔVOUTx_RIPPLE 占 VOUTx 的百分比
0.8 5.72 0.72
1.2 7.85 0.65
1.5 9.13 0.61
1.8 8.29 0.46