采用TI系列电容降压转换器进行设计：串联电容选择

大家好！ 欢迎参加 TI 关于串联电容器降压 转换器的培训。 我是 TI 的直流解决方案团队系统工程师 Pradeep Shenoy。 在这一集中，我们将介绍串联电容器选择。 现在，选择串联电容器 实际上非常简单。 正如您所期望的，串联电容器的电压名义上 为其输入电压的一半， 如右上图所示。 那么，如果电容值较低， 电压纹波往往会较大。 如果您可以使用较高的电容值， 则将看到较低的峰间纹波和 串联电容器。 因此，通常情况下，您想要做的是 选择电容器，以保持该电压纹波 低于一定量，在输入电压最低 且满负载的情况下通常为 5% 至 10%。 在这种情况下，纹波的状况最差。 那么，在此示例中，我们假设 负载为 10 安培，每相开关频率为 2 兆赫。 最低输入电压为 10.8 伏。 输出为 1.2 伏。 您将其插入此方程式中。 那么，您可能会说，好的，我需要 略高于 1 微法拉的串联电容。 现在有一种折衷方案。 对于此转换器拓扑，我们至少 在 TPS542A0 中要做的是，在开始切换转换器之前 对串联电容进行预充电。 例如，假设我们有 1 微法拉的电容 和 10 毫安的预充电电流。 这样一来，在使能信号变高之后， 大约会延迟 625 微秒，输出电压才能 上升到稳态下的 所需输出电压。 因此，如果电容值更大， 那么因预充电所致，该延迟也将延长。 考虑电容变化影响也非常重要， 尤其是在直流电压和温度 随工作条件而变化时。 如果您看一下电容器的数据表， 您将注意到，电容器的电容 会随温度变化， 如左图中所示。 图中显示三种不同大小的电容器。 电容随温度的变化可高达约 20%。 右图显示向电容器应用直流 电压时的电容变化情况。 现在，这在串联电容器降压转换器中尤其重要， 因为串联电容器的电压标称值 为操作期间向电容应用的 输入电压的一半。 因此，对于多层陶瓷电容器来说，实际发生的情况是， 如果使用小型电容器，则在一半的 输入电压下，这里假定为 6 伏， 其有效电容可能会减少 30%。 现在，如果您使用此处显示的较大电容器， 这里为 1206 封装尺寸，您将看到 减少的电容少了许多，在该直流偏置电压下 可能为 5% 或 10%。 尽管如此，每当您研究 串联电容器时，都应检查预期变化 并将其考虑在内。 选择串联电容时必须考虑的 另一方面是自发热。 拥有电容器时， 您需要确保其温度保持 在指定限制内。 具体做法是，先计算流经电容的 RMS 电流变化情况，然后使用电容器供应商 提供的一些在线工具检查 电容器的数据表，以了解 电容中的温度 升高情况。 因此，对于实质上状况最差的条件下工作的示例转换器， 我们将看到大约 3 安培的 RMS 电流。 现在，如果我们来看一下此供应商提供的 2.2 微法拉电容和 1206 封装尺寸， 您将在左图中看到RMS 电流为 3.3 安培时 温度上升约为 16 摄氏度。我们还选择了 1 兆赫 曲线，因为此转换器在高频下工作。 一般情况下，建议使用 X7R 电容器， 因为这些电容具有125 摄氏度的额定工作温度。 本集到此结束。 有关 TI 串联电容器降压转换器的更多培训， 请访问ti.com/seriescap。