06

/ 输出电容串联等效电阻ESR的要求 /

根据《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》“5.5 功率电感选型”章节所述：

“降压电路中功率电感上的纹波电流会被后级的输出电容吸收或过滤”，只要输出电容有ESR这个参数，电流与电阻的乘积就是电压，即输出电容ESR引起的纹波电压的表达式 ΔVripple(ESR) = ΔIL * ESR。

此例中（参考TPS54561规格书或者[ 从0到1设计BUCK(2) | 为什么要设计电路？电源工程师必知的电路设计第一步！ ]设计需求），要求正常工作时的纹波电压不超过 0.5% * 5.0V = 25mV，且前文[ 从0到1设计BUCK(5) | 电流纹波系数选择，功率电感计算优化指南 ]已知纹波电流为1.591A，所以此例允许的最大ESR计算如下：

07

/ 输出电容RMS电流的要求 /

根据《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》“3.3.11 输出电容的瞬时电流、平均电流和有效电流”章节内容：

输出电容上均方根电流的计算公式为 Ico,rms = ΔIL / sqrt(12) ，且前文[ 从0到1设计BUCK(5) | 电流纹波系数选择，功率电感计算优化指南 ]已知纹波电流大小为1.591A，所以此例中输出电容上的均方根电流大小如下：

08

/ 输出电容选型的其他要求 /

① 输出电容的额定电压至少是输出电压的1.25 ~ 1.5倍。

② 更低ESR，X5R或更好材质的陶瓷电容，钽电解电容或铝电解电容。一般来说，ESR大小顺序是，陶瓷电容 < 钽电解电容 < 铝电解电容。

③ 当需要使用较大容值（如220uF – 3300uF）的钽电容器或铝电解电容器时，最好将容值减倍后两个电容并联，且并联0.1uF陶瓷电容，这样相当于多个ESR/ESL并联，可以降低整体ESR/ESL。ESR越小，纹波电压越小；ESL越小，EMI越小。

④ 还有一个常识是，在使用带极性的钽电容器或铝电解电容器时，正极接电源VCC，负极接电源GND。这在原理图设计时比较容易做到，但是在实际进行电源电路测试或调试时就需要注意极性是否有接反，否则可能会向下图那样爆炸了。

图 0.2 带极性的钽电容和电解电容

/ 输出电容选型的结果 /

综上所述，要求输出电容量大于62.5uF，ESR小于15.7mOHM，RMS电流大于459mA。且由输出电压为5V可知，输出电容的耐压可取7.5V以上。

图 0.3 TPS54561DPRT电路设计实例

图 0.3所示TPS54561DPRT电路设计实例，输出电容C6，C7和C9总体容值为3*47uF=141uF，大于62.5uF，满足设计需求。实际可选择的电容型号为Murata GRM32ER61C476ME15L(CAP, CERM, 47uF, 16V, +/-20%, X5R, 1210)。

因为陶瓷电容器的容值随温度和直流偏压而变化很大，所以在进行降压电路输出电容和输入电容选型时，通常选择X5R或X7R介电材料（因为它们具有高电容体积比，并且在整个温度范围内更加稳定）的陶瓷电容器，同时必须考虑其直流偏压特性（电容器的有效值随着电容器两端直流偏压的增加而减小）。

图 0.4 GRM32ER61C476ME15#电容的参数

图 0.5 GRM32ER61C476ME15#电容的直流偏压特性

图 0.4和图 0.5所示，是GRM32ER61C476ME15#电容的参数和直流偏压特性曲线，在DC Bias为5V时，其容值变化率约为-42%；也就是说，该47uF容值的电容，其两端电压为5V时，实际容值仅剩余47uF*(1-42%)=27.26uF。

使用此例中所需的最小容值62.5uF除以5V偏压后的实际容值27.26uF，即可得到所需电容的数量，即62.5uF/27.26uF=2.293，所以输出端至少需要3颗陶瓷电容GRM32ER61C476ME15#（静电容量47μF ±20%，额定电压16Vdc，温度特性X5R），才能满足设计需求。

最后需要说明的是，由于陶瓷电容MLCC的ESR参数通常小到可以忽略，所以输出端电容类型只有陶瓷电容MLCC的话，可以忽略ESR和RMS电流这两个参数。

比如此例中允许的最大ESR 15.7mΩ 与均方根电流459mA 的乘积为 15.713mΩ * 459mA = 7.212 mV，可见由此引起的输出电压变化量是比较小的，可以忽略。