tps5430手把手教学

TPS5430手把手教学

一、buck电路原理

二、tps5430芯片介绍

三、tps5430参考电路讲解以及PCB布局

一、buck电路原理

BUCK电路原理：

BUCK电路，又称降压式变换电路，由开关（一般是MOS管），二极管，电感，电容，电阻组成。（电路需要比较高的开关频率，较理想的开关元件就是MOS管）

电路的拓扑结构如下图所示，和boost电路也很相像。

电路实现降压的原理类似pwm脉宽调制，但是在输出端对pwm波进行了处理。

我们知道，总电压和输出电压之比等于开关打开和整个周期的时间之比。那么，控制好开关输出的矩形波占空比就能得到等效的输出电压。

但是，实际电路输出电压不可能是矩形波，我们希望理想状态下是恒定的电压，则需要对矩形波进行处理。

考虑在电路工作一段时间后的完全响应（不考虑零状态响应的情况）

开关导通时的回路如下图所示

前一时刻的电路为开关断开，所以导通时，电路中的电流逐渐增大，此时Vin电源给电容和电感充电，RL输出的电压逐渐增大，二极管反向关断。此时，电感，电容将一部分电能转化为磁能储存起来。由于电感和电容在充电，电路中的电流增大的速度会降低。

开关断开时

电路右侧形成回路，此时为零输入状态，电路中的电流总体趋势为下降，由于电感的存在，会阻碍开关断开时电流的减小，并将电感中的能量释放出来。电容正极上方的电位也小于电容正极板电位，所以电容放电，也将电容的能量释放，阻碍电路中电流的减小。

通过开和关的两个回路，电容和电感将导通时的电压“拉低”，关断时的电压“升高”，将原本的矩形波变为如下图所示

高频率开关的一个时间周期内，电容电感的充放电的时间效应明显。当一个周期的平均输出电压小于理论电压时，电感电容充电时的电压大，储存的能量更多，输出时的电压则会提高，最后稳定在该占空比对应的理论电压左右。

开关频率很高时，电容电感维持在理论电压值左右，“来不及”充放电。所以输出电压较稳定，但是在理论上电路就会产生纹波，实际buck的电路，纹波确实会相对较大。

二、tps5430芯片介绍

1.1芯片引脚图

1.2芯片引脚说明

名字	引脚	功能概述
BOOT	1	升压电容的高侧FET栅极驱动器。与PH端连接0.01uF低ESR电容
NC	2,3	空闲端
VSENSE	4	反馈电压调节器。连接到输出电压的分压器。
ENA	5	开关控制。低于0.5V停止工作，一般悬空使能。
GND	6	接地端。连接到使用PowerPAD
VIN	7	输入电源电压。旁路到GND管脚VIN端子间用低ESR陶瓷电容器连接。
PH	8	高偏功率MOSFET的源级。连接到外部电感器和二极管。
PowerPAD	9	一般作为GND连接到外露焊盘

1.3芯片重要参数

（1）输入电压范围：5.5V~36V

（2）输出电压范围：1.23V~31V

（3）最大输出电流：3A

（4）静态电流：    3mA

三、tps5430参考电路讲解以及PCB布局

1.正压降压（15V转12V）

1.1原理图

原理图参考下图，输入C3尽力靠近芯片输入端口VCC，EN悬空默认为芯片工作状态。C4的电容值必须为0.01uF。输出电压公式(R1 / R2 + 1) * 1.221。

1.2器件选择

（1）L1：由于tps5430芯片的峰值电流为3A，选择的电感峰值电流要大于等于3A，选用10uH电感（一般选择饱和电流更大的一体成型电感）。

（2）C3：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，正压滤波电容耐压值一般需要大于输入电压，最好是2倍。这里选择10uF钽电容来滤波。

（3）D1：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。

1.3PCB布局

注：U2、U3为贴片排针

布局指点：

1. 输入电容C1与芯片输入电压引脚7（VIN）以及芯片接地引脚形成的回路面积尽可能小。（如图右下角绿色边框内部区域）
2. 芯片引脚8（PH）应该靠近捕获二极管D1以及电感L1，并尽量减小PCB面积来防止过度电容耦合。二极管D1也应较靠近PH端来最小化输出电流回路面积。（中间紫色边框区域）
3. 芯片引脚1（BOOT）靠近电容器C2，尽量减小导线轨迹长度。
4. 铺铜区域和布线避免锐角和直角，便于电压电流传输。
5. 线宽的大小根据原理图电流大小设计,例3A大概用100mil~120mil、2A大概用60mil~80mil、1A用40mil~60mil。电流回路上线一定要够粗，保证有一定的余量。
6. 电感下面最好不要铺铜，减小电感开关纹波的电磁效应。

2.正压降负压

负电压的器件选择跟正电压一致，这里不再重复。PCB布局要求基本一致，但有些重要点会在下面强调。

1.1原理图

输出电压公式(R1 / R2 + 1) * 1.221。

1.2PCB布局

注：U2、U3为贴片排针，U4为钽电容（由于当时疏忽导致符号给错doge）

1.3注意事项：

（1）负电压的散热焊盘需要接V-，不然芯片会短路。

（2）注意极性电容U4的正负极性方向是与正电压输出中极性电容的方向相反。（接反会导致钽电容直接报废）

（3）尽量保证从电感流出的回路电流靠近输出电压的接口，减小回路。