如何调整直流台式电源的输出电容器的尺寸？

我正在设计直流台式电源，现在已经选择了输出电容器。我已经确定了许多相关的设计标准，但是当我尝试将这些顺序排列到合理的设计过程中时，我的推理仍然有些混乱。

这是工作原理图，可让您了解将要进行的工作。恒流电路未示出。

到目前为止，我了解以下注意事项/关系：

• 在快速加载步骤，缓和了输出电压的变化下冲/过冲）在区间所需的控制环响应。通常，较大的电容器产生较小的下冲/过冲。$C_{out}$

• 参与了控制回路的频率响应。它通过与负载电阻的相互作用产生一个极点，而通过与它自己的有效串联电阻（ESR）的相互作用产生一个零点。$C_{out}$

• 通常，更快（更高带宽）的控制环路会降低实现给定下冲所需的输出电容。

• 下/通过的ESR过冲产生的所述部分不能由更快的控制环路被减小（在垂直位就在步骤）。它的大小纯粹是电流（步长）和ESR的函数。$C_{out}$

• 由电源驱动的电路可以而且经常会贡献额外的电容，例如，连接电路中电源旁路电容的总和。该电容出现在平行。这些值可能等于或超过C o u t的值，导致C o u t极点向下移动一个八度音阶或更多，这并非不可想象。在这种情况下，电源的性能应适当降低，例如，不要陷入振荡。$C_{out}$$C_{out}$$C_{out}$

• 存储在输出电容中的能量不在电源电流限制电路的控制范围之内。虽然使用大输出电容器可能会掩盖控制回路设计中的某些缺陷，但会使连接的电路面临不受控制的电流浪涌的危险。

• 当降低电压设定点时，即使没有负载，输出电容器也必须足够快地放电，以符合下编程速度规范。必须存在与输出电容和指定的向下编程速度成比例的放电路径。在某些情况下，输出电压采样电路（电阻分压器）可能足够；在其他情况下，可能需要并联电阻或其他电路功能。

所以我的问题是：“如何为直流台式电源设计选择输出电容器？”

我最好的猜测是：

• 从谦虚开始 价值，说100μF在这种情况下。$C_{out}$
• 对于最大负载电压（0-300mA），在最大输出电压（30V）时从下冲规格（例如，最大50mV，首选25mv）进行反向工作，并考虑可用电容器的ESR，看看我需要哪种带宽将下冲保持在规格范围内。
• 移至较大的值要么以减少所需的交叉频率或降低ESR值。$C_{out}$

我在正确的轨道上吗？非常感谢经验丰富的从业人员提供的任何指导：）

无论如何，您似乎都在LTspice中拥有整个电路。启动分析将告诉您大多数您想知道的事情。用具有脉冲定义的电源替换“大”（45 V）直流电源，即在短时间后（例如10 ... 100 ns），从0 V开始逐步升至45 V （例如1 µs）。这样，所有电容器将被初始化为一个无电电路，并且您会看到调节器正在做最好为输出电容器充电。使用此设置，您可以了解整个情况：首先，未充电的输出电容器在输出上产生完全短路，因此您可以看到稳压器从最大开始。当前。一旦输出电容器上的电压达到所需值，您就可以观察到任何可能的过冲。

另一种方法是在输出端包括一个电流源（实际上是灌电流），步进在0 A和最大值之间。所需的输出电流。

根据经验，我将从每1 A最大电流1000 µF开始。设计输出电流，然后尝试（“ .step param”）值低于和高于（10 µF，47 µF，100 µF，470 µF； 4.7 mF，10 mF）。此外，事情也不会变得太紧迫：传输晶体管是NPN，并且该设计无论如何基本上都是稳定的（与使用PNP传输晶体管的LDO相对）。对电路进行稳定性分析可能确实是一个好主意。乍看之下，原理图看起来很像带有公共集电极通过晶体管的线性稳压器，但实际上您有一个公共发射极电路，而且不稳定。原因是，公共集电极放大器的输出阻抗大致等于晶体管的基极驱动阻抗，除以晶体管的β，并且当负载变化时，该值不会发生任何明显变化，并且该值很低。另一方面，常见的发射极放大器的输出阻抗由负载本身决定，负载最好保持在一定范围内，但是当然不能在稳压器中进行设计。（*）

这里有一个源提供有关线性稳压器的稳定性，一个很好的解释，但我们要交换“PNP”和“NPN”在我们的例子，因为我们不是（！）这里处理相同的电路。对于通过晶体管在线性稳压器中进行接线的“通常”方式，引用为：“ LDO稳压器中的PNP晶体管以一种称为共发射极的配置进行连接，其输出阻抗比公共发射极高。 NPN调节器中的收集器配置。” （美国国家半导体-现在为TI-应用笔记AN-1148，第9节）

（*）由于我忽略了一些重要问题，因此不得不编辑答案的第一个版本。从对其他帖子的一些评论中可以看出，问题与维修老式实验室设备有关，并且您永远无法从修复中学到足够的知识。这是摘自吉姆·威廉姆斯（Jim Williams）的文章“固定的重要性”，该文章发表在《模拟电路设计的艺术与科学》一书中：

哦，我喜欢欺骗自己的那部分...

基本上，您需要根据负载的等效电阻和等效电容（与输出电容并联）来考虑负载的最佳和最差情况。您不能针对任何负载进行设计。

对于负载电阻的极值，决定某个最小值非常容易，因为这取决于传输元件可产生的最大电流。但是，您还需要考虑高阻抗负载，因为它会将输出极点拉到较低的频率，这可能会损害稳定性。

如果要插入负载的某些板的输入端具有较大的旁路/储能电容器，那么您就不能忽略它们对稳压器的影响。直流输入为470-1000uF的电路板可以很容易地遇到。

同样，在实践中，您的稳压器不会对负和正瞬变做出相同的反应。您需要评估正负负载突降的阶跃响应。您必须担心所使用的运算放大器的SPICE模型是否足以预测/模拟这种差异。

为了进一步阅读，我推荐Rincon-Mora关于LDO的书。据我所知，这是关于线性稳压器的最新一本（即印刷版）书，他具有一些行业经验（在TI工作）。本书的第一章介绍了理论/公式以及一些用于计算/估计瞬态响应的示例，并且有一章涉及系统设计，涉及了稳定性。las，由于本书着重于板级稳压器，因此本书中的实际设计示例（而非理论）通常假设负载电容比稳压器的输出电容至少低一个数量级。 。他的设计方法原则是“线性稳压器的设计周期通常从输出开始，到输入结束”。