ACOT Buck输出电容大小的计算
输出电容的大小主要由两个因素决定,一个是输出电压纹波,一个是瞬态响应要求,瞬态响应分从轻载到重载的undershoot和从重载到轻载的overshoot。
输出电压纹波,主要是电感电流即给电容充放电又给负载供电,电容的充放电时间基本各占整个周期的一半。由于电容有寄生电阻,寄生电感,还有给外部充放电,那么导致输出电压有纹波。
各个因素导致的纹波如上图,最后叠加形成Vripple,计算公式如下:
如果不考虑ESR和ESL,输出电压纹波只考虑电容充放电,如果我们知道纹波的要求,就可以根据公式计算Cout的值。其中电容的充放电电流为ΔIL/4,电容的充放电时间为1/2/fsw.
除了正常工作时的输出纹波,还要考虑电流突变的瞬态响应,
从图中可以看到,电流突然变大,输出电压开始下降,刚开始直接从电容上抽电流,造成Vout输出下降,直接触发Acot buck 上管开启,此时由于vout一直低于预设电压,Toff 工作在min状态,也就是Buck瞬态频率发生变化,但由于buck工作在最大占空比,可以提供最大的电流给负载,使Vout下降的不那么严重。很快输出电流超过负载电流,Vout达到最低点后,开始快速回升,直到Vout 超过电压预设值。
在此阶段,buck工作在最大占空比状态。
同时可以计算跌落为:
所以如果知道最大跌落的要求,就可以计算出Cout的值。
同样,当负载电流从Iout 跌到0,Vout电压大于预设电压,Acot Buck进入dcm 模式,不需要SW翻转。电感电流给负载供电,同时给电容充电,这样导致Vout电压越来月高,当电感电流小于负载电流时,需要从电容上抽电流给负载,此时vout电压开始下降,直至恢复到正常值。
上面是overshoot 电压的计算值,当知道overshoot电压的要求,就可以计算出Cout的值。
瞬态响应的Overshoot和undershoot 不应该触发过压保护和低压保护,由于上面是理论计算,这个buck的响应有一定的延时,所以Cout选择需要稍微留点裕量。另外,当陶瓷电容工作在额定电压附近时,整个电容容值会下降50%甚至更多,这个也需要注意。
在一些基于纹波控制的Acot Buck,电容上的ESR也很重要,需要满足一定的要求,满足稳定性的要求。