页面加载中，请稍候
来源:EET发布时间:2021-06-18633浏览
询问 AI第二级输出滤波器通常用来衰减开关电源时的输出电压纹波，还可以用于负载电路之间的隔离。在本文中，我将介绍满足负载瞬态规范要求的典型设计规范。
这个设计示例是一个负到正的反相降压-升压转换器。图1是单相等效电路的简化电路图。德州仪器(TI)的功率放大器使用48V/25A的负到正同步降压-升压参考设计，其中包括四相1,200W转换器的完整设计和测试报告。
这个应用对输出电容的电压纹波没有硬性要求，但由于输出纹波电流自身较大，您还是需要对其进行一些合理的衰减。对于瞬态响应的设计，在负载电流有50%阶跃的情况下，一般要求3%的输出电压偏差。
为了满足瞬态要求，您需要确保输出滤波器的阻抗足够低，并且确保控制环路的带宽足够高，以在负载电流阶跃期间将输出电压保持在容差范围内。
这个应用主要的目标是将尺寸和成本最小化。第一步是根据均方根(RMS)电流额定值挑选陶瓷电容器，并将它们用作第一级。我们需要足够高的电感值，用来在降低纹波电流的同时，保持合理的二阶峰值，以确保稳定性。为了瞬态保持，可选择铝聚合物电容器为第二级，与较小的陶瓷电容并联，这将提供足够的电阻来抑制滤波器。
您需要确定输出电容器中的RMS电流，最坏的情况是以最小输入负荷最大负载。使用PowerStageDesigner4.0，输出电容的纹波电流为7.5A。近似为公式1：
其中D为占空比，D=V
公式2将第一级陶瓷电容器上的纹波电压表示为：
其中电容的峰峰纹波电流值为I
选择陶瓷电容来处理RMS额定电流问题很容易，因为1206或1210封装的额定电流大约为3A到6A。您需要注意的是纹波电压，因此我们会根据纹波电压来确定所需的电容。负载瞬态的目标为48V×3%=1.44V，我们将其作为第一级纹波电压。从PowerStageDesigner中可知I
下一步是确定交流纹波电流衰减，用于确定电感值。由于第一级陶瓷电容器具有三角纹波电压，公式3为第二级电感纹波电流：
使用20%的衰减系数，电感的峰峰值纹波电流为19.3A×0.2=3.86A。电感值为L=1.44V/(8·3.86A·150kHz)=310nH，因此可以使用330nH的标准值。
图2展示了纹波电压和电流波形。
为了满足瞬态负载的要求，首先要根据转换器的带宽确保总输出电容足以维持的输出电压。其次，要确保输出阻抗足够低，以将初始步阶保持在一定界限内。
为了确定输出电容，您需要预估控制环路的带宽。对于更高功率的降压-升压转换器，电源的右半面零点往往会是其限制因素。最坏的情况发生在以最小输入负荷最大负载时，这种情况可以在参考文献1中的演示文稿中找到，其中ƒ
由于第二级滤波器的固有峰值现象，您需要额外的稳定裕度，因此需将控制环路带宽设置为右半面零点的十分之一，使f
我们选择100μF的铝聚合物电容器，它具有24mΩ的等效串联电阻和3A的RMS电流额定值。再加两个4.7μF的并联陶瓷电容可产生额外的输出纹波电压衰减。
考虑到谐振频率和阻尼，现在比较由滤波器阻抗引起的瞬态电压。在快速负载瞬变的过程中，铝聚合物电容的等效串联电阻决定了初始电压偏差：V
谐振的串联等效电容为C
第二级滤波器的特征阻抗为Z
谐振频率为ƒ
无功阻抗与实际阻抗之比将决定增益峰值：A
为了保障稳定性，您需要确保闭环中的峰值始终保持在单位增益以下。
如要使用第二级滤波器形成控制回路，则有两个可用的反馈点。一个在第二级滤波器之前的转换器处，一个在滤波器的负载侧。我们需要确定这些反馈点处（对应图3中的V
公式4、5和6是各项参数定义：
公式7为V
代入各项并简化，形成表达式8：
公式9为V
代入各项并简化，形成表达式10：
从各表达式中，您可以发现分母都是相同的。输出电容有一个主导极点，且第二级电感和串联电容有一个复共轭极点。图4清楚地显示了复共轭极点处的共振，及其峰化和相关相移。
V
那么应该在哪个反馈点处形成控制回路呢？对于有着大量输出电容的负载点转换器，如果第二级滤波器是低电流负载的分支抽头，那么则应考虑在V
您可以从图5的图表中观察到，带宽略高于2kHz。注意第二级滤波器的增益峰值。如果峰值穿过0dB的单位增益轴，则控制环路可能会不稳定，并以谐振频率振荡。
正如预期的那样，瞬态电压偏差为1.4V，如图6所示。
模拟图与测试报告中的测量结果一致。四相转换器中的末级电容为并联，所以显著降低了实际输出电压纹波。
(参考原文：Meet transient response using a second-stage output filter)
新闻来源：EET，文中所述为作者独立观点，不代表icspec立场。更多精彩资讯请下载icspec App。如对本稿件有异议，请联系微信客服specltkj。
暂无评论哦，快来评论一下吧！
2026-07-09
2026-07-19