TPS5430开关电源正负电源低噪声设计选材分析布局布线分析原理图PCB分析

基本原理

开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态。具体的原理我们不做详解。开关电源相对于线性电源有体积小、重量轻、效率高等优点，但缺点会产生不小的开关噪声，也就是常说的电源纹波。

芯片选型

今天要介绍的是TI(德州仪器）的电源芯片TPS5430。
1、输入电压宽（ 5.5 V to 36 V）
2、负载能力强，高达3A的输出电流(峰值可达5A)
3、高效率，芯片标称最高可实现95%的效率
4、宽范围输出，最低可以输出1.22V
如果需要更大电流的话可以使用TPS5450替代，输出电流最大可扩展到5A，但是电感电容等选型也需要对应更高指标。

原理图&3D-PCB

这里我们设计的电路为正负电源输出，也就是正电压为降压输出，负电压为反压输出。负电压输出由于存在2倍压差，所以一般来说，电源纹波也会比正压降压的大2倍以上。图中VDD为正压输出，VEE为负压输出。
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具体讲解

1、正压降压，原理图参考下图，输入C4,C5尽量靠近芯片输入管脚，芯片EN使能端可悬空，悬空默认为使能工作状态。特别注意C1电容容值必须为0.01uF。输出电压的具体计算公式Vout=(R1 / R2 + 1) * 1.221。
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2、负压反压，原理图参考下图，这是开关电源的负压拓扑电路。特别是要注意C8电容的极性，由于GND的电势比负电压高，所以是电容的正向端接GND，负端接负电源。EN使能端可悬空，悬空默认为使能工作状态，C1电容容值也必须为0.01uF。输出电压的具体计算公式Vout=(R3 / R4 + 1) * 1.221。
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3、L1,L2电感选型，由于TPS5430芯片峰值电流为5A,所以在电感选型上对饱和电流这个参数要求有一定余量，选取峰值电流大于等于5A的电感，基本峰值大小要达到12*12mm的尺寸。这款模块上我们选用的是10uH的屏蔽电感。有条件的话可以选用饱和电流更大的一体成型电感。（我们设计了一款贴片版本的TPS5430使用的就是一体成型电感）
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4、C2,C8电容选型，由于开关波形的存在，电容必须选用有极性的电容才能更好的起到滤波的效果，容值合适即可，不可过大，这样会加重开关电源开启时的电流负担，这款模块上选用的是22uF的钽电容，钽电容对开关电源的纹波有着良好的滤波效果。正压滤波电容耐压值一般需要大于输入电压，最好是2倍，负压滤波电容耐压值需要大于输入电压加上输出电压的绝对值，条件允许的话也可以选2倍。
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5、D1,D2整流二极管，开关电源需要整流滤波才能输出直流电压，所以整流二极管的选型也很重要，模块设计时兼容性价比采用了SS34，即为40V反偏电压，3A最大电流，能满足电流设计，有条件的可以使用SS54或者SS56等更大功率的管子，可以提高输出电流的稳定度。
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6、PCB布局
参考官方的设计，整体布局上注意事项，第一就是整流二极管的正极和芯片的第9引脚也就是散热焊盘尽量的接近，一起接到GND上，特别注意的是负压电路散热焊盘需要接V-而不是GND，不然芯片会短路。第二电压反馈电阻尽量靠近芯片。第三滤波电容尽量靠近输出端。
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7、PCB布线
在布线上需要注意以下两点，第一，所有的电流回路上线一定要够粗，有一定的电流余量，第二，为了减小电感开关纹波的电磁效应，电感下面最好是不覆铜或者挖空。