在 DC/DC 轉換器的電路設計中，可能需要根據微控制器或 FPGA 的規格來改善負載響應。在這種情況下，很多人認為改善負載響應特性的最簡單方法是增加輸出電容器的電容。但在實際電路板設計時，可能需要減少輸出電容器的數量以增加安裝面積。在這種情況下，客戶可能會產生是否可以減少電容器的數量的疑問。接下來我們將對該問題進行驗證。

評估環境

本次我們將使用 ADI LT8643S 評估板 (DC2658A) 進行測量，該模塊是 ADI 降壓型 DCDC，內置 42V 耐壓同步整流 MOSFET，下圖 (圖1) 為評估板原理圖。

評估板設置

對原始評估板的更改是為了將相位補償電路更改為最佳值。

前：R4=8.45kΩ，C5=0.33nF ? 后：R4=6.3kΩ，C5=1.36nF

評估條件：設置輸入電壓 12V，輸出電壓 5V，負載電流 3A，開關頻率 2MHz

圖1 評估板原理圖

測量環境

驗證輸出電容器的電容變化

使用穩定電源 KIKUSUI PAN35-20E。連接到評估板的 VIN 和 GND 部分。

使用電子負載 KIKUSUI PLZ164WS。連接到評估板的 VOUT 和 GND 部分。

示波器 Tektronix 6 系列。在輸出電容器 C6 兩端觀察到紋波。

使用電源軌探頭 TPR1000

配件 1.3m，SMA (Ma) 至 MMCX(Ma)，50Ω 電纜

配件 MMCX 連接器 (Wurth Elektoronik 66012002111503)

當輸出電容減小時

在評估板的初始狀態下，相位裕量不是最優的，因此更換了補償電路。對上圖 (圖1) 中的 R4 和 C5 作如下改動，相位裕量從 56° 提高到 81.5°。

前：R4=8.45kΩ，C5=0.33nF ? 后：R4=6.3kΩ，C5=1.36nF

優化相位裕量后，輸出電容 (C6)：123uF ? 45uF ? 23uF，下圖 (圖2) 的紋波波形是檢查輸出電壓的結果。

圖2 紋波波形確認結果

改變輸出電容的結果

將輸出電容從默認設置 123uF 更改為 45uF，紋波電壓從 1.9mV 增加到 4mV。如果紋波電壓可接受，則可以將輸出電容降低到 45uF。然而當電容降低到 23uF 時，輸出紋波增加到 30mV，輸出電壓變得不穩定 (振蕩)。這一結果表明，如果輸出電容很容易減小，輸出電壓就會變得不穩定。接下來，我們檢查一下輸出電容為 45uF 時，相位補償電路是否處于最佳狀態。

輸出電容器補償電路的優化

163uF 輸出電容的相位裕量和負載響應

下圖 (圖3) 顯示了輸出電容為 163uF 時的相位裕量和負載響應特性的測量結果。相位裕量為 74.1°~82°，電壓波動為 ±100mV (交越頻率 71.8KHz)。

圖3 163uF 輸出電容的相位裕量和負載響應特性

45uF 輸出電容的相位裕量和負載響應

下圖 (圖4) 顯示了輸出電容為 45uF 時相位裕量和負載響應特性的測量結果。相位裕量為 51.2°~65.1°，電壓波動約為 ±137mV (交越頻率：168.2KHz)。從圖中可以看出，相位裕量減少了約 20°。這一結果表明，相位裕量可以通過改變輸出電容器的電容而變化。

圖4 45uF 輸出電容的相位裕量和負載響應特性

相位補償電路的優化

下圖 (圖5) 顯示了 45uF 輸出電容的相位補償電路的優化結果。對上圖 (圖1) 中的 R4 和 C5 作如下改動，相位裕量從 53.9° 提高到 77.3°。

前：R4=6.3kΩ，C5=1.36nF ? 后：R4=1.0kΩ C5=3.3nF

然而交越頻率已從 168.2KHz 提高到 53.3KHz，這減慢了負載響應特性，并將電壓波動增加到 +221mV/-264 mV。

圖5 45uF 輸出電容相位補償電路的優化結果

總結

改變輸出電容器的電容可能會因相位裕量的變化而導致輸出電壓變得不穩定，因此應避免輕易減小輸出電容。更換輸出電容時，建議檢查相位補償電路是否最佳。如果由于電路板安裝面積的限制而通過減少輸出電容數量來降低電容，則需要注意如果改變補償電路常數以產生相位裕量，交越頻率可能會降低，并且可能會影響負載響應特性。

審核編輯：劉清