tps5430負壓轉(zhuǎn)換技術(shù)詳解

　　1、概述

　　平常我們用的比較多的是用TPS5430產(chǎn)生正電壓，其高達3A的大電流能力還是很給力，但是，你所不曉得的是它還可以用來產(chǎn)生負電壓哦。以下的是我的學(xué)習(xí)筆記，涉及到理論分析和計算是參考了TI官網(wǎng)的Datasheet 和英文應(yīng)用手冊總結(jié)而得。

　　2、基本的降壓技術(shù)

　　寬范圍的輸入電壓（SWIFT，集成FET轉(zhuǎn)換器）DC/DC轉(zhuǎn)換器是經(jīng)常被用來作為STEP-DOWN 降壓轉(zhuǎn)換器（當輸出電壓是個比輸入電壓小的正電壓時）。配置TPS5430/20/10是能夠利用反向升降壓技術(shù)，輸出負電壓的。（圖片和計算公式出自于datasheet ）

　　當FET開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，通過電感的電壓是Vin-Vout ， 而通過電感的電流則以一個速率

　　增加。當FET開關(guān)關(guān)閉時，電感電壓發(fā)送逆變（反轉(zhuǎn)）來保持電感電流的持續(xù)流動。假定通過二極管的電壓是比較小的。那么電感電流則會以一個緩慢的速率

　　慢慢下降。在FET的開關(guān)閉合中，穩(wěn)定狀態(tài)下的負載電流是經(jīng)常被電感所牽制；平均電感電流是等于負載電流的。電感的紋波電流峰峰值是：

　　D是占空比（負載周期）D=Vout/Vin

　　Fsw 是開關(guān)頻率，L是電感值

　　3、反轉(zhuǎn)升降壓技術(shù)

　　與上個電路圖相比，電感與肖特基二極管的位置互換了，電容的極性也反轉(zhuǎn)了。由于輸出電壓是負電壓。

　　當FET開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，通過電感的電壓是輸入電壓Vin，而此時電流是以這個速率

　　緩緩上升。這時候（FET導(dǎo)通）負載的所有電流是通過輸出的電容存儲的電荷來提供的。

　　當FET開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時，電感反轉(zhuǎn)極性來保持電流繼續(xù)流動。通過電感的電壓是接近于輸出電壓的；

　　電感上的電流以這樣的速率下降。在關(guān)閉時間里，電感同時提供給負載和電容在導(dǎo)通時間里所失去的電流。

　　所以，平均的電感電流是

　　II= Iout/（1-D）；電感的紋波電流峰峰值是：

　　D是占空比（負載周期）大概等于D=Vout/（Vout-Vin）

　　4、TPS5430降壓輸出-5V的應(yīng)用電路

　　負載周期D = Vout/（Vout - Vin ） =-5/（-5-15）= 0.25

　　平均電感電流是 II avg = I/（1-D） ；TPS5430最大的輸出電流是3A，所以這里這個電路最大輸出的DC負載電流是

　　同樣的，基于好幾個原因（這個不詳）電感的紋波電流是應(yīng)該保持比較小的。峰值電感電流應(yīng)該是平均電感電流加上峰峰值的一半（這里不懂，為什么要加上平均電感電流？）。由于TPS5430的內(nèi)部規(guī)定最大峰值電流不得超過4A，所以這個峰值也必須在4A以下。 電感交流紋波電流也決定了必須低于直流輸出電流，當電路處于斷續(xù)模式時。（什么是斷續(xù)模式？）

　　最小的電感值是

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

　　輸出電容的值是根據(jù)輸出電感的值而確定的。LC諧振頻率是要盡可能地接近于內(nèi)部補償頻率的。等于或略大于Fz2 頻率。在這里，電容是40m? ESR 的220uF 高分子電容

　　5、我的實驗應(yīng)用

　　根據(jù)以上理論分析和理解，我就設(shè)計了一個產(chǎn)生正負5V大電流輸出的電源小板。

　?。?）原理圖

　　因為我們平常用的不僅僅是負電源，肯定是正負電源一起用的居多，所以，用兩篇TPS5430分別產(chǎn)生+-5V 。

　?。?）PCB

　　花了一下午的時間畫了PCB，并修改了一晚上，基本的散熱和電流引導(dǎo)布局都考慮到了，參考了datasheet的建議布局。感覺良好，如圖所示：

　　然后又花了半天時間腐蝕和焊接調(diào)試，終于驗證成功，正常輸出+5V和-5V，然后在后面的負載供電中，很給力。就是開關(guān)電源的噪聲大了。這是缺點，沒有辦法根除。

　　（3）實物

　　經(jīng)過測試，+-5V輸出，在示波器觀察噪聲在150mV左右，開關(guān)電源的噪聲真的比線性穩(wěn)壓的大好多。當然，這里大的原因與自己的較差的設(shè)計水平也有莫大的關(guān)系的。然后給阻值不同的負載供電，由于找不到合適功率和阻值的負載，所以最后找了個5歐姆的20W的負載來測，輸出電流0.99A，板子有點燙手，看來還是要在上面加散熱器的，不然一會就燒掉了，但是無法否認，既然能夠毫無壓力的輸出1A，想來手冊上的3A也不是白說出來的。至于3.3V的測試，由于AMS1117最大輸出500mA，這沒法測大電流啊，實際上給單片機供電也不需要更大的電流，所以作罷。測試+-5V已經(jīng)足夠了。