出力コンデンサの設計で重要な要因は、DC 電圧定格、リップル電流定格、および等価直列抵抗 (ESR) です。DC 電圧定格とリップル電流定格を超えないようにしてください。ESR とインダクタ電流によって出力リップル電圧が決まるため、ESR は重要です。出力キャパシタの実際の値は重要ではありませんが、実用上の制限がいくつかあります。設計で求められる閉ループのクロスオーバー周波数と、出力フィルタの LC コーナー周波数との間の関係に注意してください。一般に、閉ループのクロスオーバー周波数は、スイッチング周波数の 1/5 未満に維持することが求められます。この設計では、スイッチング周波数が 570kHz など高い値なので、TPS54331 デバイスの内部回路の制限により、実際の最大クロスオーバー周波数は約 25kHz に制限されます。一般に、閉ループのクロスオーバー周波数は、負荷インピーダンスと出力コンデンサによって決定されるコーナー周波数よりも高くする必要があります。コンデンサの最小値の制限は、式 12 で計算します。

ここで、

• R_O は出力負荷インピーダンス (V_O/I_O) です。
• f_CO(MAX) は、目的のクロスオーバー周波数です。

求められる最大クロスオーバーが 25kHz の場合、出力コンデンサの最小値は約 5.8μF です。この値は、出力リップル電圧要件を満たしていない可能性があります。出力リップル電圧は、出力フィルタ容量の充電と放電による電圧変化と、出力フィルタ・コンデンサの ESR にリップル電流を乗じた電圧変化という、2 つの成分で構成されます。出力リップル電圧を推定するには、式 13 を使用します。

出力コンデンサの最大 ESR は、設計の初期パラメータの仕様で許容される出力リップルの量から決定できます。ESR の出力リップル電圧への寄与分は、インダクタのリップル電流に出力フィルタの ESR を乗じた値です。したがって、式 14 を使用して、コンデンサのデータシートに記載されている最大指定 ESR を計算します。

ここで、

• V_OPP(MAX) は求められるピーク･ツー･ピーク出力リップルです。

式 15 を使用して、最大 RMS リップル電流を計算します。

ここで、

• N_C は並列に配置された出力コンデンサの数です。

この設計例では、C8 と C9 に 47μF のセラミック出力コンデンサを 2 個選択しています。これらのコンデンサは、定格 6.3V、最大 ESR 2mΩ、リップル電流定格
3A を超える TDK C3216X5R0J476MT です。計算される合計 RMS リップル電流の値は 161mA (各 80.6mA)、必要な最大合計 ESR は 43mΩ です。これらの出力コンデンサは要件を広いマージンで上回っているため、信頼性が高く高性能の設計を実現します。

選択する出力コンデンサは、求められる出力電圧にリップル電圧の半分を加算した値よりも電圧の定格が大きい必要があります。ディレーティングした量もこの計算に含める必要があります。アプリケーションによっては、その他のタイプのコンデンサを TPS54331 デバイスとともに使用しても、的確に動作します。