tps5430负压转换技术详解

　　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

　　

　　经过测试，+-5V输出，在示波器观察噪声在150mV左右，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。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。