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开关电源是一种采用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等）通过控制电路使电子器件不停地“接通”和“关断”让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换的直流稳定电源。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于各种电子终端设备中，是当今电子信息产业迅速发展不可缺少的一种电源方式。尤其近年来随着半导体产业的发展，作为核心的开关器件频率越来越高，并且集成度越来越高，这无疑给设计师对电路设计带来了很大的方便。

本文以TI公司的TPS5430芯片为核心，介绍整个开关电源模块的设计方法。

TPS5430具有良好的特性，应用领域十分广泛，体积小，外围电路设计简单，其方便的特性大大减少了项目的开发周期，本文介绍的设计是用于MEMS微镜驱动系统的电源，整个电源模块设计为三个通道分别是12V、5V和可调电压。12V电源主要供给运放及信号处理模块，5V电源供给DA模块和CPU的LDO芯片，可调模块主要供给外部放大电路的偏置部分。

TPS5430各项性能及主要参数如下： 
（1） 高电流输出：3A； 
（2） 宽电压输入范围：5.5-36V; 
（3） 高转换效率：最佳状况可达95%； 
（4） 宽电压输出范围：5.5-36V; 
（5） 内部补偿使外部器件数量最小化； 
（6） 固定500KHz转换效率； 
（7） 有过流保护及热关断功能； 
（8） 具有使能开关脚，内部软启动。 
引脚分配图如下：

引脚定义如下

图5是MEMS驱动系统的供电原理图，根据参数计算和分析设计出原理图，所需参数的计算如下： 
（1） 输入纹波电压 

根据TPS5430的特征可知Iout=3A,输入电阻设为10UF，fSW=500KHz，输入电容的等效串联电阻ESRMAX由于采用了低ESR的电容器，并且并联了0.1UF的小电容，此电阻值在此处忽略不计。由此计算输入纹波电压约为150mv。 
（2） 输出电感的选择 

KIND为输出电感纹波电流与输出最大电流的比例系数，在TPS5430中取0.2-0.3.其他参数可根据需求进行计算设计，在这里L取15uH。 
（3） 输出电容的选择

电容的选择决定输出波形的稳定程度，此处计算公式如下 

其中 Lout=15uH， fco为穿越频率即伏频特性曲线中0增益位置的频率此处为18kHz， Vout为设定的输出电压值此处取5V为例，计算得出为220uF。 
（4） 输出纹波电压 

根据以上公式可以算出ESR的值为0.04欧姆，Nc为输出并联电容的个数计算得出Vpp(MAX)=7mV. 
（5） 输出电压设置 

输出电压主要有电阻R1和R2决定，电压的参考值为1.221V由此可以得出Vout的值。 
二、PCB设计

开关电源的PCB设计一直是一个比较复杂的问题，尤其是布局和布线更是整个模块性能的关键所在。TI公司提供了一版参考设计，如图6所示。

图6 TI公司参考layout

整个设计要严格按照参考设计进行，尤其是布局和布线，在与参考设计不同的位置布局及布线时要考虑到信号完成性和电磁兼容性的相关问题，线宽的控制，电流的回流面积最小化，屏蔽孔的分布和数量控制等问题都仔细处理。布线最好采用铺铜皮的方式进行，这样可以控制走线的面积和形状，尽量保证地的完整，尽量不要分割独立的地出来，对高速信号的位置更要仔细处理，走线尽量不要有过孔。

三、实际应用

整个电源模块设计最终应用于MEMS微镜驱动系统，因此对电源上电和下电瞬间的波形都需要监控，否则可能在瞬间产生大的浪涌电压对微镜驱动臂产生较大冲击降低微镜使用寿命，甚至损坏微镜。因此还需要做出安全保护系统来保护上电下电瞬间的危险信号（此处安全保护不做介绍）。 
如若将此模块应用到其他系统还需要考虑几路电源的上电顺序，尤其是对上电顺序要求较高的系统里。 
开关电源生活中所占的市场越来越大，很多大的厂家都提供了较合理的解决方案及芯片，这为工程师的项目开发提供了很大的帮助。电源系统是一个很复杂的学科，开关电源作为电源系统的一个重要组成部分，更是需要工程师们去研究学习。