<p>电源输出电容一般是100 nF至100 μF的陶瓷电容，它们耗费资金，占用空间，而且，在遇到交付瓶颈的时候还会难以获得。所以，如何最大限度减小输出电容的数量和尺寸，这个问题反复被提及。</p>
<p><strong>输出电容造成的影响</strong></p>
<p>论及此问题，输出电容的两种影响至关重要：对输出电压纹波的影响，以及在负载瞬变后对输出电压的影响。</p>
<p>首先，我们来看一看输出电容这个词。这些电容一般安装在电源的输出端。但是，许多电力负载（电力消耗对象），例如FPGA，都需要使用一定数量的输入电容。图1显示的是一种典型的包含负载和FPGA的电源设计。如果在电路板上，电压生成电路和耗电电路之间的距离非常短，那么电源输出电容和负载输入电容之间的界限就会变得非常模糊。</p>
<p><img alt=" LTC3311 开关稳压器，包含所连接的FPGA对应的输出电容和输入电容" data-entity-type="file" data-entity-uuid="d842288f-7d9b-4b20-988f-538604014771" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1.%20LTC3311%20%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%A8%B3%E5%8E%8B%E5%99%A8%EF%BC%8C%E5%8C%85%E5%90%AB%E6%89%80%E8%BF%9E%E6%8E%A5%E7%9A%84FPGA%E5%AF%B9%E5%BA%94%E7%9A%84%E8%BE%93%E5%87%BA%E7%94%B5%E5%AE%B9%E5%92%8C%E8%BE%93%E5%85%A5%E7%94%B5%E5%AE%B9.jpg" /></p>
<p><em>图1. LTC3311 开关稳压器，包含所连接的FPGA对应的输出电容和输入电容。</em></p>
<p>通常需要利用某种物理分隔方法来加以区分，而这会导致产生大量寄生电感(Llayout)。</p>
<p>电源输出端的电容形成决定了降压型（降压）开关稳压器的电压纹波。此时，经验法则适用：输出纹波电压等于电感纹波电流 X 输出电容的电阻。</p>
<p><img alt="代码" data-entity-type="file" data-entity-uuid="931f5333-1129-4883-abae-d968abe8a038" src="/sites/default/files/inline-images/%E4%BB%A3%E7%A0%811.jpg" /></p>
<p>这个电阻ZCout由电容的大小和数量，以及等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)组成。如果电源输出端只有一个电容，此公式高度适用。如果是更为复杂的情况（参见图1），其中包含多个并联电容，且因为布局(Llayout)的原因产生了串联电感，那么计算不会如此简单。</p>
<p>在这种情况下，非常适合使用LTspice®这样的模拟工具。图2所示为针对图1提到的情况快速创建的电路图。可以将不同值（包括ESR和ESL）设置给单个电容。也可以考虑板布局（例如Llayout）可能产生的影响。然后，会仿真开关稳压器输出端和负载输入端的电压纹波。</p>
<p><img alt="使用LTspice评估系统电源输出端的不同电容" data-entity-type="file" data-entity-uuid="c9c4e73c-90a4-4a46-a3aa-703423cf5b90" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2.%20%E4%BD%BF%E7%94%A8LTspice%E8%AF%84%E4%BC%B0%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E7%94%B5%E6%BA%90%E8%BE%93%E5%87%BA%E7%AB%AF%E7%9A%84%E4%B8%8D%E5%90%8C%E7%94%B5%E5%AE%B9.jpg" /></p>
<p>图2. 使用LTspice评估系统电源输出端的不同电容。</p>
<p>输出电容也会影响负载瞬变后的输出电压失调。我们也可以使用LTspice仿真这一影响。此时，特别需要注意的是，在某些限制范围内，电源控制环路的控制速度和输出电容的电感是相互关联的。电源控制环路的速度如果更快，那么在负载瞬变之后，只需要更少数量的输出电容即可保持在特定的输出控制窗口之内。</p>
<p>最后但同样重要的一点是，vvv具有自适应电压定位(AVP)。AVP可以利用输入误差电压预算并减少输出电容器的数量，此外，设计人员还可以通过增加环路带宽来实现减少输出电容的数量。</p>
<p>AVP在低负载条件下稍微增大输出电压，在高负载条件下稍微降低输出电压。然后，如果发生负载瞬变，则更多动态输出电压偏差都发生在允许的输出电压范围内。</p>
<p>建议使用ADI公司的LTpowerCAD®来找出哪些控制环路可以优化，以及可以减少多少个输出电容。图3所示为计算控制速度的屏幕截图。其中显示了在负载瞬变后计算得出的电压过冲。可以通过改变输出电容、调节开关稳压器控制环路的速度来进行优化。</p>
<p><img alt="使用LTpowerCAD优化开关稳压器的控制环路，以及减少输出电容的数量" data-entity-type="file" data-entity-uuid="2f70b703-2491-45f9-9d79-1a3746ae80f0" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3.%20%E4%BD%BF%E7%94%A8LTpowerCAD%E4%BC%98%E5%8C%96%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%A8%B3%E5%8E%8B%E5%99%A8%E7%9A%84%E6%8E%A7%E5%88%B6%E7%8E%AF%E8%B7%AF%EF%BC%8C%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E5%87%8F%E5%B0%91%E8%BE%93%E5%87%BA%E7%94%B5%E5%AE%B9%E7%9A%84%E6%95%B0%E9%87%8F.jpg" /></p>
<p> 图3. 使用LTpowerCAD优化开关稳压器的控制环路，以及减少输出电容的数量。</p>
<p>确定正确的参数后，即可减少电源中输出电容的数量，如此可以节省资金和板空间，我们建议大家使用这个开发步骤。</p>
<p>文章来源：<a href="https://www.weibo.com/u/2076948101" target="_blank"><em>ADI亚德诺半导体</em></a></p>