在為開關穩壓器選擇輸出電容時，輸出紋波或瞬態響應等應用要求通常會決定您需要多少輸出電容。這假設您可以調整補償網絡以適應各種輸出電容器。對于沒有補償的控制架構（例如 D-CAP? 控制），您選擇的輸出電容器也應保證系統穩定性。

    這是一個具有以下應用要求的示例：

    · V IN = 10V。

    · VOUT = 3.3V 。

    · Iout = 20A。

    · Fsw = 400KHz。

    · 輸出紋波 = ± 0.5%。

    · 輸出電流階躍 = 5A，di/dt 為 10A/μsec。

    · 允許的瞬態過沖和下沖 = ± 3%，包括輸出紋波。

我選擇了一個 D-CAP 穩壓器TPS53355和一個 1.0μH 的電感器。該應用需要全陶瓷輸出電容器。為了滿足 ± 0.5% 的輸出紋波要求，我需要 30μF 的輸出電容。為了滿足 3% 的瞬態響應要求，我需要 146μF 的輸出電容，假設交叉頻率為開關頻率的六分之一。在最大允許紋波注入為 50mV 的情況下，使用TPS53355 數據表中的公式 11，我計算出我需要 240μF 的輸出電容來實現穩定性。這意味著我需要一個額外的 94μF 電容來實現穩定性而不是瞬態響應。

在沒有額外 94μF 電容的情況下如何實現穩定性？我有一個簡單的解決方案。這個想法是為帶有電容器的反饋系統創建一個 240 μF 的等效輸出電容，以滿足瞬態響應要求。為此，我在反饋路徑中添加了一個交流衰減器級，如圖 1 所示。

圖 1：具有交流衰減器級的降壓轉換器框圖

系統交叉頻率通常是開關頻率的六分之一到四分之一，遠高于降壓轉換器的雙極點頻率。圖 1 所示的交流衰減器設計為在高于雙極頻率的頻率下也有效。隨后的討論只是前頻遠高于雙極頻率。

如果交流衰減器的衰減為 K，則圖 2 所示系統在高于開關頻率四分之一的頻率下應具有與圖 1 所示系統相似的環路增益。

圖 2：具有 K 倍輸出電容的等效框圖

我是如何插入交流衰減器的？讓我們檢查一下 D-CAP 穩壓器的原始反饋網絡，如圖 3 所示。

圖 3：具有 DCR 注入電路的 D-CAP 穩壓器框圖

    Cp 通常比 Cff 大得多，并且可以認為在高于交叉頻率的頻率下短路。上拉電容 Cff 和電阻 Rup 形成零。分頻器增益在高頻時增加到 1，如圖 4 所示。為了衰減分頻器增益，我在 FB 引腳和 GND 之間添加了一個下拉電容器 Cpp。圖 4 顯示了 1nF Cpp 對反饋增益的影響。在開關頻率的四分之一處，反饋網絡增益降低了 5dB。這相當于衰減 1.8。

圖 4：從 V OUT到 FB 的傳遞函數的波特圖，有和沒有 Cpp

如果使用 160μF 輸出電容，則衰減器會產生 288μF 的等效電容以保持穩定性。由于 Rp 和 Cp 同時對輸出電容和紋波注入施加衰減，因此原始穩定性標準仍然有效。參考TPS53355 數據表中的公式 7 ，需要一個等效串聯電阻、11mΩ ESR 以確保穩定性。

等式 1 

    Cp 上的紋波幅度應與上面計算的 ESR 上的紋波幅度相似。因此，我將 Rp 計算為：

等式 2

滿載時電感下降至 0.9μH。我為 Rp 選擇了 7.87KΩ 的標準電阻值。

為了驗證我提出的解決方案，我修改了具有集成 FET DCAP 穩壓器的高功率密度降壓轉換器 TI 參考設計以滿足應用要求。以下是關鍵電路參數：

    · L = 1.0μH。

    · 總輸出電容 = 161μF。

    · 對于 DCR 注入電路：

    · Rp = 7.87kΩ 和 Cp = 0.01μF。

    · 對于電阻分壓器網絡：

    · Rlow = 3.24kΩ，Rup = 14kΩ，Cff = 1nF，Cpp = 1nF。

圖 5 顯示了TPS53355的測量波特圖。系統相位裕度大于60度，增益裕度大于14dB。

圖 5：TPS53355的測量波特圖

根據應用要求進行負載階躍瞬態響應測試。圖 6 顯示了瞬態響應性能。過沖和下沖低于 ±99mV 要求。

圖 6：負載階躍瞬態響應

輸出紋波滿足±0.5% V OUT要求。

圖 7：TPS53355的輸出紋波（V IN = 12.6V，Io = 20A，示波器處于余輝模式）

只需在 FB 引腳和 GND 之間添加一個小電容，就可以大大降低使用全陶瓷輸出電容進行 D-CAP? 控制的輸出電容要求。我的解決方案提供了一個穩定的系統，具有令人滿意的應用性能。