設(shè)計同步降壓轉(zhuǎn)換器時需考慮輸入和輸出電容的參數(shù)

電容對于同步降壓轉(zhuǎn)換器而言，是個至關(guān)重要的組件。由于有著各種各樣的電容技術(shù)，因此，如圖1所示，在設(shè)計同步降壓轉(zhuǎn)換器時需考慮輸入和輸出電容的參數(shù)。

圖1：同步降壓直流/直流轉(zhuǎn)換器

電力電容的選擇參數(shù)如下文表1所示：

表1：降壓轉(zhuǎn)換器性能vs.電容參數(shù)

下文表2所示為各類技術(shù)相關(guān)的電容特性。

表2：相關(guān)電容特性

電容阻抗與頻率的比值也非常重要，因為它決定了降壓轉(zhuǎn)換器將電容作為儲能容器而非感應(yīng)器的開關(guān)頻率。阻抗可受電容的ESR（有效串聯(lián)電阻）和ESL（有效串聯(lián)電感）影響，且看起來像一個U形曲線，如圖2所示。圖2中所示的自諧振頻率是電容開始用作感應(yīng)器的頻率（示例為10uF電容）。理想狀態(tài)下，我們希望降壓轉(zhuǎn)換器以電容區(qū)域的開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)操作。

我們可以使用電容組合使阻抗曲線“變平”，以在推高降壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率的同時，使其仍處于電容區(qū)域內(nèi)。電容阻抗因技術(shù)和開關(guān)頻率而異。

圖2：電容阻抗與開關(guān)頻率之比

那么，如何選擇輸入和輸出濾波器選擇電容呢？

對于輸入濾波器，你需要選擇一個電容來處理輸入交流電流（紋波）和輸入電壓紋波。

對于輸出濾波器，你需要選擇一個電容來處理負(fù)載瞬態(tài)，并將輸出電壓紋波降至最低。

圖3所示方程為確定電容可以承受的輸入電流RMS（均方根）電流。根據(jù)輸入電壓、輸入電流RMS電流，以及輸入電壓峰-峰紋波，您可以根據(jù)電容數(shù)據(jù)表選擇電容。建議將鋁電解電容(AlEl)和陶瓷電容結(jié)合使用。陶瓷電容的ESR較低，且能夠降低輸入電壓峰-峰紋波，這反過來又能夠減少輸入大電容所需處理的輸入紋波電流。

圖3：輸入電容RMS電流的計算

下文表3所示為輸出電容的選擇標(biāo)準(zhǔn)：

表3：輸出電容的標(biāo)準(zhǔn)

下文圖4所示為每個輸出電容元件對降壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載瞬態(tài)性能的作用機(jī)制

圖4：電容的負(fù)載瞬態(tài)性能標(biāo)準(zhǔn)

如下文圖5-6所示，電容的輸出電壓過沖、下沖和峰-峰電壓紋波計算值可用于確定電容。

圖5：確定輸出電壓下沖和過沖用輸出電容

圖6：確定輸出電壓峰-峰紋波處理用輸出電容

以下所示為輸出電容的一個選擇示例：

輸出電容

2A～10A負(fù)載階躍 @ 15A/ms

使用2x 1000 mF鋁質(zhì)電解電容器：19mW ESR

PLOSS = (3.32/2)2x 19/2 x 10-3= 0.024W]

為了幫助降低尖峰，加入兩個10 mF陶瓷電容器(1210)，分別為0.8mW ESR、1.1nH ESL

該選擇方案能夠提供：

1.7mV輸出電壓下沖

10.7mV輸出電壓上沖

19.9mV電壓尖峰

2.8mV輸出電壓峰-峰紋波

所以，設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器時，記住這些電容選擇標(biāo)準(zhǔn)，您就可以設(shè)計出高性能、穩(wěn)定且可靠的解決方案了！嘗試在您的下一個直流/直流供電設(shè)計中使用一款TI的降壓轉(zhuǎn)換器和降壓控制器產(chǎn)品吧！

審核編輯：何安淇