TPS5430 正负电压大电流输出理论分析与实践应用

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1、概述

平常我们用的比较多的是用TPS5430产生正电压，其高达3A的大电流能力还是很给力，但是，你所不晓得的是它还可以用来产生负电压哦。以下的是我的学习笔记，涉及到理论分析和计算是参考了TI官网的Datasheet 和英文应用手册总结而得。

2、基本的降压技术

宽范围的输入电压（SWIFT，集成FET转换器）DC/DC转换器是经常被用来作为STEP-DOWN 降压转换器（当输出电压是个比输入电压小的正电压时）。配置TPS5430/20/10是能够利用反向升降压技术，输出负电压的。（图片和计算公式出自于datasheet ）

当FET开关处于导通状态时，通过电感的电压是Vin-Vout , 而通过电感的电流则以一个速率

增加。当FET开关关闭时，电感电压发送逆变（反转）来保持电感电流的持续流动。假定通过二极管的电压是比较小的。那么电感电流则会以一个缓慢的速率

慢慢下降。在FET的开关闭合中，稳定状态下的负载电流是经常被电感所牵制；平均电感电流是等于负载电流的。电感的纹波电流峰峰值是：

D是占空比（负载周期）D=Vout/Vin

Fsw 是开关频率，L是电感值

3、反转升降压技术

与上个电路图相比，电感与肖特基二极管的位置互换了，电容的极性也反转了。由于输出电压是负电压。

当FET开关处于导通状态时，通过电感的电压是输入电压Vin，而此时电流是以这个速率

缓缓上升。这时候（FET导通）负载的所有电流是通过输出的电容存储的电荷来提供的。

当FET开关处于关闭状态时，电感反转极性来保持电流继续流动。通过电感的电压是接近于输出电压的；

电感上的电流以这样的速率下降。在关闭时间里，电感同时提供给负载和电容在导通时间里所失去的电流。

所以，平均的电感电流是

II= Iout/(1-D)；电感的纹波电流峰峰值是：

D是占空比（负载周期）大概等于D=Vout/(Vout-Vin)

4、TPS5430降压输出-5V的应用电路

负载周期D = Vout/(Vout - Vin ) =-5/(-5-15)= 0.25

平均电感电流是 II avg = I/(1-D) ；TPS5430最大的输出电流是3A，所以这里这个电路最大输出的DC负载电流是

同样的，基于好几个原因（这个不详）电感的纹波电流是应该保持比较小的。峰值电感电流应该是平均电感电流加上峰峰值的一半（这里不懂，为什么要加上平均电感电流？）。由于TPS5430的内部规定最大峰值电流不得超过4A，所以这个峰值也必须在4A以下。 电感交流纹波电流也决定了必须低于直流输出电流，当电路处于断续模式时。（什么是断续模式？）

最小的电感值是

Lmin = (Vin )/(FSW )= （15）/(500000) = 15uH

输出电容的值是根据输出电感的值而确定的。LC谐振频率是要尽可能地接近于内部补偿频率的。等于或略大于Fz2 频率。在这里，电容是40mΩ ESR 的220uF 高分子电容

5、我的实验应用

根据以上理论分析和理解，我就设计了一个产生正负5V大电流输出的电源小板。

（1）原理图

因为我们平常用的不仅仅是负电源，肯定是正负电源一起用的居多，所以，用两篇TPS5430分别产生+-5V 。

（2）PCB

花了一下午的时间画了PCB，并修改了一晚上，基本的散热和电流引导布局都考虑到了，参考了datasheet的建议布局。感觉良好，如图所示：

然后又花了半天时间腐蚀和焊接调试，终于验证成功，正常输出+5V和-5V，然后在后面的负载供电中，很给力。就是开关电源的噪声大了。这是缺点，没有办法根除。

（3）实物：

焊工水平差了些，大家见谅哈。我正在努力提高中。经过测试，+-5V输出，在示波器观察噪声在150mV左右，哎，有点大啊，开关电源的噪声真的比线性稳压的大好多。当然，这里大的原因与自己的较差的设计水平也有莫大的关系的。等会面壁去。。。然后给阻值不同的负载供电，由于找不到合适功率和阻值的负载，所以最后找了个5欧姆的20W的负载来测，输出电流0.99A，板子有点烫手，看来还是要在上面加散热器的，不然一会就烧掉了，但是无法否认，既然能够毫无压力的输出1A，想来手册上的3A也不是白说出来的。至于3.3V的测试，由于AMS1117最大输出500mA，这没法测大电流啊，实际上给单片机供电也不需要更大的电流，所以作罢。测试+-5V已经足够了。

   总结写来这篇应用笔记，本来还想拍个实际电压照片的，奈何半年前做的板子怎么也找不到了。只好作罢。自己很喜欢这个片子，因为具备两个功能的电源片子实在不多，又是能够大电流高效率输出的，更不多见了。所以，向大家推荐这个给力的电源芯片！