使用tps5430制作正负DC-DC降压电源，tps7a47和tps7a33制作正负LDO线性电源

最新推荐文章于 2025-07-06 11:55:22 发布
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分类专栏： 电源 文章标签： DC-DC 降压电源 线性电源 正负压 TPS5430
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_41120409/article/details/90127517
本文分享了作者使用TPS5430芯片设计DC-DC电源，实现10V-35V宽范围输入，输出正负12V、正负5V的过程，并介绍了电感计算及注意事项。同时，使用TPS7a47和TPS7a33芯片设计正负LDO线性电源，输出正负5V、正负3.3V，适合运放供电。

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今天，小刚我制作了一款DC-DC和LDO线性电源，其输入范围为10V-35V
配置4个电源输出端分别为：
开关电源tps5430-------------------------正负12V 正负5V
LDO线性电源tps7a47和tps7a33-----正负5V 正负3.3V

第一部分TPS5430制作正负DC-DC降压电源

先来介绍TPS5430这款芯片
TPS5430参数

从表中可以看出TPS5430其输入电压范围很大，输出电路也很大3A开关频率为500kHz是一款非常适合给大功率系统供电的电源芯片。
其电路图参考数据手册上给出的电路方案。这里介绍几个注意事项：
一、TPS5430负压电路，只需要将输出正向端改为地端，把地端改为负向端即可。
在这里插入图片描述
二、电感的计算，因为我在实际计算时发现我目前的电感值和芯片数据手册上的值不匹配。
电感分类
在这里插片描述
电感量L：L越大，储能能力越强，纹波越小，所需的滤波电容也就小。但是L越大，通常要求电感尺寸也会变大，DCR增加，导致DC-DC效率降低，相应的电感成本也会增加。

二者不可兼得，苦笑.jpg

直流电阻DCR：指产品电极之间所用漆包线的总的直流电阻，根据W=I2R，DCR可造成能量损耗， 降低DC-DC效率，也是导致电感发热的主要原因；

BUCK型DC-DC电感计算公式为：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
将输出输入输出电压带入即可算出电感值，由于所求电感值为最小值，所以可以将电感值稍微取大，记住电感的选型是功率的磁芯封闭电感！！

  • 可在电源输入端加一个开关，输出端加一个LED灯。
  • 并且在输出并联许多电容，对于能否降低纹波还没得到证实。
  • 电源上部放器件部分最粗走线不要覆铜，避免环路，底部可覆铜，实测覆铜可减少纹波

第二部分TPS7a33,TPS7a47制作正负LDO线性电源

关于TPS7a47和TPS7a33芯片不过多介绍，这两款芯片非常适合给运放供电，在仪器仪表应该广泛。
在这里插入图片描述
我就讲一下我制作过程种遇到的几个点吧

  • 1.TPS7a47对应引脚接地决定其输出电压大小

在这里插入图片描述

  • 2.记得使能EN接输入电压即可
  • 3.其封装比较难以焊接，要用锡膏和热风枪吹上去，锡膏要抹匀引脚，多了，可用镊子在吹的过程种压一下
  • 加LED灯和开关(个人喜好）
    最后给出我画的图
    在这里插入图片描述
    当然我自己也用铜板先制作了一块，本人一般先用铜板测试板子电路的完整性最终再投板生产

在这里插入图片描述这是我第一款板子，上面3D为后续改进型，搓搓手期待我投的板子
第一款板子正负电源纹波为22mv左右

这次制作电源板我还自创拼板技术，仔细观察第一款板子，你会发现亮点
如何做到两块板子的无缝连接，将原理图画在原先板子的原理图上，导入统一PCB即可。

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同样的，我在-3V3也做了同样的操作，但是反馈电阻并联和+3V3一样的电路不太管用，纹波依旧挺大的，不光是-3V3，其他的例如-15V、-12V、-5V带载测试下纹波都比较大，多并联几个10uF0805封装电容可以明显减小纹波，但是和之前的相比纹波小太多了，再并联电容也不太有用了，负压带载纹波就是大，两百mV不到纹波还能勉勉强强接受吧，不至于像之前的三四百多mV，那就太大了。改完之后，全部的正电压带载测试输出纹波都是在30mV以内的，负压的带载纹波也是比改之前的好很多，起码小了2-3倍。
TPS5430正负电源原理图电路图PCB设计以及注意事项
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另外，大家在设计开关电源的时候，建议大家一定要根据自己实际使用的情况来设计参数，比如系统实际所需电流为1A，我们可以按照1.5A的负载来设计，而不要一来就按5A或者10A负载设计，想要说明的是，不要想当然的设计，有时候能用，可能只代表当前能用，一但环境苛刻一点可能就会暴露问题了。开关电源的电源的特点昨天我们也简单提了，第一，效率高，普通的开关电源都能达到80%以上，多数电源能做到90%，当然效率和负载大小有关系；第三，由于开关电源的工作原理，必然会带来不小的纹波，这个是无法解决的，只能尽力改善；
TPS5430正负电源模块
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（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。（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。芯片引脚1（BOOT）靠近电容器C2，尽量减小导线轨迹长度。
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该芯片内部有环路补偿，ESR尽量低；l 注意采用Bcuk芯片搭建负压电路时，耐压值与电流输出能力需重新评估，经计算芯片耐压值36V>Vin（max）+|Vout|，电流输出能力1.5<IOUT*(1-D);L值择取_根据理论计算输出电感L≥8uL，L取值应在纹波和输出响应之间取得平衡；Cout值则取_Cout≥380uF，要求低ESR。电路运行40分钟，功率电感温升为35度；电路运行40分钟，功率电感温升为35度；设计低噪声的注意事项请参考。注意效率、纹波和温升。
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应当可以这样理解：DC-DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DC-DC转换器，包括LDO。但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DC-DC。 　1 什么是LDO ...
设计一个电源，其输入为220V交流电，输出多路电压，包括3.3V、±5.0V（对称，误差在5mV以内）、9V、±12.0V（对称，误差在5mV以内），每路负载电流在500mA到1500mA之间。生成multisim电路图
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<think>好的，我现在需要帮用户设计一个多路输出的电源，输入是220V交流电，输出包括3.3V、±5V（对称，误差5mV以内）、9V、±12V（对称，误差5mV以内），每路负载电流在500mA到1500mA之间。还要生成Multisim电路图。首先，我得理清楚用户的需求，然后一步步分解设计步骤。 首先，用户需要的是一个多路输出的电源，这意味着需要多个不同的电压轨。输入是220V交流电，所以需要先进行整流和滤波，然后通过变压器降压。但考虑到现代电源设计，可能更倾向于使用开关电源方案，因为效率高，体积小，尤其是当输出电流较大时。不过，用户提到对称的±5V和±12V，误差要很小，5mV以内，这对线性稳压器的要求比较高，可能需要使用低压差稳压器（LDO）来保证精度。 所以，可能的架构是：220V交流输入→整流滤波→高频变压器（开关电源）降压到较低的直流电压，比如12V或24V，然后再通过多个LDO或DC-DC转换器生成所需的各路电压。不过，高频变压器需要配合开关控制器，比如反激式或正激式拓扑，这需要选择合适的控制芯片，如UC3845之类。 接下来需要考虑各个电压的生成方式。例如，3.3V可以由5V通过LDO得到，但±5V和±12V需要对称输出，可能需要使用对称的稳压电路或者电荷泵。不过，电荷泵可能无法提供足够的电流，所以可能需要双绕组变压器或者使用反激式拓扑生成对称电压。 另外，负载电流在500mA到1500mA之间，每路都需要足够的电流能力，所以每个稳压器的选型必须满足电流要求，并且要考虑散热问题。尤其是线性稳压器，如LM317、LM337等，当输入输出电压差较大时，功耗会很高，可能需要散热片。 误差在5mV以内，这要求稳压器的精度要高，可能需要使用高精度的LDO，比如LT3045，其输出噪声和精度都比较优秀。同时，反馈回路的设计要精确，可能需要使用精密电阻分压网络，并加上滤波电容减少噪声。 在Multisim中设计时，需要注意元件的选型是否可用，比如高频变压器模型是否存在，或者是否需要自定义。此外，仿真时的参数设置，如瞬态分析、负载变化测试等，都需要考虑进去，确保各路的稳定性。 可能遇到的问题包括：多路输出之间的交叉调整率，即某一路负载变化是否会影响其他路的电压。这可能需要每路都使用独立的稳压电路，或者使用后级稳压来隔离影响。另外，高频变压器的设计参数，如匝数比、电感值等，需要计算准确，以确保主电源的输出电压稳定。 最后，生成Multisim电路图需要按照步骤放置元件、连接线路、设置参数，并进行仿真验证。可能需要分模块设计，比如前级AC-DC转换，中间的多路DC-DC或LDO稳压，以及反馈和保护电路。每个模块需要详细检查，确保参数正确，尤其是对称电压的生成部分，要保证正负电压的对称性和稳定性。 总结一下，设计步骤大致如下： 1. 设计前级AC-DC转换，将220V交流转换为合适的直流母线电压。 2. 使用开关电源拓扑生成中间直流电压，如24V或12V。 3. 针对每路输出，选择合适的稳压方案（LDO或DC-DC），特别是对称电压部分。 4. 添加滤波和反馈电路以确保电压精度和稳定性。 5. 在Multisim中搭建电路，进行仿真测试，调整参数直至满足要求。</think>--- ### **多路输出电源设计步骤与 Multisim 实现** #### **一、设计目标** - **输入**：220V 交流电（50Hz） - **输出**： - $+3.3\text{V}$（负载电流 $500\text{mA} \sim 1.5\text{A}$） - $\pm 5.0\text{V}$（对称，误差 $\leq 5\text{mV}$） - $+9\text{V}$ - $\pm 12.0\text{V}$（对称，误差 $\leq 5\text{mV}$） - **关键需求**：高精度、低纹波、多路隔离。 --- ### **二、设计方案** #### **1. 整体架构** 采用 **两级变换**： 1. **前级**：AC/DC 转换（220V AC → 24V DC，采用反激式拓扑，提供主功率路径）。 2. **后级**：多路 DC/DC 稳压（24V DC → 各目标电压，使用 LDO 或 Buck/Boost 转换器）。 #### **2. 拓扑选择** - **前级 AC/DC**：反激式拓扑（成本低、隔离安全）。 - **后级稳压**： - $\pm5\text{V}$ 和 $\pm12\text{V}$：使用 **双路 LDO**（如 LT3045/LT3094）确保对称精度。 - $+3.3\text{V}$ 和 $+9\text{V}$：使用 **Buck 转换器**（如 LM2675）提高效率。 --- ### **三、Multisim 电路图分步实现** #### **步骤 1：前级 AC/DC 反激电路** 1. **元件清单**： - 输入：220V AC 电源（`交流电压源`，$V_{\text{peak}}=311\text{V}$，$f=50\text{Hz}$）。 - 整流桥：`GBJ1506`（600V/15A）。 - 高频变压器：自定义模型（匝数比 $N_p:N_s=40:6$，主电感 $L_p=1\text{mH}$）。 - 控制 IC：`UC3845`（PWM 控制器）。 - MOSFET：`IRF840`（$V_{\text{DS}}=500\text{V}$）。 - 输出滤波：470μF/50V 电解电容 + 10μF 陶瓷电容。 2. **Multisim 操作**： - 放置 `UC3845` → 配置反馈引脚（Pin2）接 $24\text{V}$ 分压电阻（$R1=10\text{k}\Omega$，$R2=2.5\text{k}\Omega$）。 - 连接变压器原边与 MOSFET，副边接整流二极管（`MUR460`）和滤波电容。 #### **步骤 2：后级多路稳压电路** 1. **$\pm5\text{V}$ 对称输出**： - 使用 **LT3045（正压） + LT3094（负压）**： - 输入：24V → 预降压至 $\pm7\text{V}$（LM337/LM317）→ 再经 LDO 精确调整至 $\pm5\text{V}$。 - 关键参数：LT3045 的 `SET` 引脚电阻 $R_{\text{SET}}=10\text{k}\Omega$，输出电容 $C_{\text{out}}=10\mu\text{F}$。 - **Multisim 实现**： - 搜索 `LT3045` 和 `LT3094` → 连接反馈电阻网络（$R=1\text{k}\Omega$，$C=10\text{nF}$ 滤波）。 2. **$\pm12\text{V}$ 对称输出**： - 使用 **双路 SEPIC 转换器**（如 LM2587）： - 输入 24V → SEPIC 转换为 $\pm12\text{V}$，后接 LDO（如 LT1963A）校准精度。 - **Multisim 实现**： - 放置 `LM2587` → 配置电感（$L=22\mu\text{H}$）和开关频率（$f_{\text{sw}}=500\text{kHz}$）。 3. **$+3.3\text{V}$ 和 $+9\text{V}$ 输出**： - 使用 **Buck 转换器**（如 LM2675-ADJ）： - 输入 24V → 调整反馈电阻（$R1=1.2\text{k}\Omega$，$R2=3.3\text{k}\Omega$）输出 $+9\text{V}$。 - 再通过 LDO（如 TPS7A3301）降压至 $+3.3\text{V}$。 --- ### **四、关键仿真验证** 1. **前级反激电路测试**： - 添加 `四通道示波器` 观测： - 原边 MOSFET 栅极 PWM 波形（频率 $65\text{kHz}$，占空比 $\sim 45\%$）。 - 副边输出电压纹波（应 $\leq 100\text{mV}$）。 2. **后级稳压精度验证**： - 对 $\pm5\text{V}$ 和 $\pm12\text{V}$ 输出施加 $1.5\text{A}$ 负载： - 使用 `直流参数扫描` 观察电压偏移（需 $\leq 5\text{mV}$）。 - **调整方法**： - 若 $\pm5\text{V}$ 不对称，微调 LT3094 的 `SET` 电阻。 --- ### **五、Multisim 电路图示例** ```plaintext [电路框架] 1. 前级反激电路： - 220V AC → GBJ1506 整流 → UC3845 + IRF840 → 高频变压器 → 24V DC 输出。 2. 后级多路稳压： - 24V → LT3045/LT3094 → ±5V - 24V → LM2587 + LT1963A → ±12V - 24V → LM2675 → 9V → TPS7A3301 → 3.3V ``` --- ### **六、注意事项** 1. **散热设计**： - LDO 在高压差时功耗 $P=(V_{\text{in}}-V_{\text{out}})\cdot I_{\text{load}}$，需加散热片（如 $+3.3\text{V}$ 路径：$P=(9\text{V}-3.3\text{V})\cdot 1.5\text{A}=8.55\text{W}$）。 2. **隔离与安全**： - 前级与后级之间需保留 $4\text{mm}$ 电气间隙（Multisim 中可通过分层设计标注）。 --- 如需具体 Multisim 文件（`.ms14`），可提供邮箱地址，我将发送完整工程！
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