【原创】TPS5430 正负电压大电流输出理论分析与实践应用

【原创】TPS5430 正负电压大电流输出理论分析与实践应用

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  • 秀才258分

    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 )

     

    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。

    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。

    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)

    4TPS5430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40m ESR 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。

    今天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!

       

     

  • 榜眼33056分

    感谢分享

  • 探花6975分

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    http://bbs.21ic.com/icview-709594-1-1.html

  • 秀才30分

    楼主,我用5430这块片子产生-12V的负压,按照手册上把板子做出来,但是没有工作哎。输出电压只有零点零几伏,开关管一直没有导通。能给一些建议吗?谢谢嘻

  • 秀才258分

    我同事,把分压反馈电阻拿到电感前面了,电源无输出。。。

    差点搞死我,这种水平尽然在沈阳能月薪7500。。

    我真的无语了

    TI,我的技助手!!

  • 探花11135分

    在上海也有可能拿到15000,哈哈

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  • 秀才70分

    学习了

  • 秀才51分

    请问你的-12V成功了吗?