如何在电源设计中最小化输出电容器的数量和尺寸

电源的输出电容（通常是值在100 nF至100 μF之间的陶瓷电容）耗费资金、占用空间，并且在出现交付瓶颈的情况下可能难以获得。因此，如何最小化输出电容器的数量和尺寸的问题一次又一次地出现。

输出电容效应

输出电容的两个影响在这里至关重要：对输出的影响 电压纹波以及负载瞬变后对输出电压的影响。

首先，应就输出电容器一词进行一般性说明。这些电容器可以在电源的输出端找到。然而，许多电气负载（功耗者），如FPGA，需要一定数量的输入电容。图1显示了带负载的电源FPGA的典型设计。如果电路板上的电压产生和消费者之间的物理距离非常小，则电源的输出电容器和负载的输入电容器之间的明显区别变得模糊。

图1.LTC3311开关稳压器，具有连接的 FPGA 的相应输出电容器和输入电容器。

微分通常是通过一定的物理分离来实现的，这导致显着的寄生电感（L布局).

电源输出端电容的形成决定了降压开关稳压器中的电压纹波。输出纹波电压对应于电感纹波电流乘以输出电容器阻抗的经验法则适用于此处：

此阻抗，Z库特，也由电容器的大小和数量组成 作为等效串联电阻 （ESR） 和等效串联电感 （ESL）。 对于电源输出端的一个电容器，这个公式非常简单 来申请。对于更复杂的情况（见图 1），其中有多个电容器 由于布局（L布局），计算就没那么容易了。

在这种情况下，LTspice等仿真工具是理想的选择。图2所示电路 针对图 1 中的情况快速创建的图表。不同的值， 包括ESR和ESL，可以分配给各个电容器。假设 电路板布局的效果 - 例如，L®布局——也可以考虑。这 然后在开关稳压器的输出端和 负载的输入。

图2.使用LTspice评估系统中电源输出端的不同电容器。

输出电容也会影响负载瞬变后的输出电压失调。这种效应也可以用LTspice来模拟。这里需要特别注意的是，在一定限度内，电源控制回路的控制速度与输出电容的阻抗是相互关联的。更快的电源控制环路可以减少负载瞬变后保持在特定输出控制窗口内所需的输出电容数量。

最后但并非最不重要的一点是，LTC3311-1 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。

AVP在低负载条件下略微提高输出电压，在高负载条件下略微降低输出电压。然后，如果发生负载瞬变，则更多的动态输出电压偏差在允许的输出电压范围内。

建议使用ADI公司的LTpowerCAD来找出可以进行哪些控制环路优化以及可以消除多少输出电容。图3显示了控制速度的计算屏幕。此处显示了负载瞬变之后计算出的电压过冲。优化可以通过改变输出电容和调整开关稳压器控制环路速度来实现。®

图3.使用 LTpowerCAD 优化开关稳压器的控制环路并减少输出电容器的数量。

当检查正确的参数时，可以减少电源中的输出电容器数量。这样可以节省资金和电路板空间，因此是推荐的开发步骤。

审核编辑：郭婷