在白電應用中減小噪聲對TPS54202的影響

在白色家電領(lǐng)域，降壓轉換器的應用非常廣泛，為了實(shí)現不同的功能就需要不同的電源軌。TPS54202 器件是一款在家電領(lǐng)域應用非常成熟的具有兩個(gè)集成 N 溝道 MOSFET 的 28V, 2A的同步降壓轉換器，通常用于12V轉5V或者3.3V的電路給MCU 或者運放等芯片供電。這顆芯片經(jīng)過(guò)優(yōu)化的內部補償網(wǎng)絡(luò )較大程度地減少了外部元件數量，并簡(jiǎn)化了控制環(huán)路設計。

        在最終產(chǎn)品量產(chǎn)之前，通常會(huì )對電源芯片進(jìn)行各類(lèi)的測試，比如把熱電偶粘在電源芯片的塑殼上來(lái)做溫升測試，或者用天線(xiàn)靠近電源芯片檢測無(wú)線(xiàn)電對芯片干擾。這些測試引入的噪聲有時(shí)會(huì )影響芯片的正常輸出，因此減小噪聲對芯片以及整個(gè)系統的正常工作至關(guān)重要。接下來(lái)介紹兩個(gè)具體的噪聲對TPS54202應用的影響的案例及其應對方法。

案例一：用熱電偶布在TPS54202的塑殼上做溫升實(shí)驗

在帶有電機的家電應用上，曾有過(guò)異?，F象是采用TPS54202 EVM板電路設計，熱電偶布在TPS54202塑殼上，電機一轉，后端MCU復位。通過(guò)抓取波形，在掉電的那一瞬間，EN腳的電壓掉到閾值以下，如圖一。

圖一：TPS54202的 EN及Vout的波形圖（C1：VEN  C2: Vout）

通過(guò)觀(guān)察抓取的波形圖，推測是熱電偶布在54202的塑殼上給EN腳引入電機噪聲。于是檢查T(mén)PS54202的原理圖和layout，R4和R5設置得比較大是因為可以提高整體效率。因為高電阻將減少電阻的功率損失，如果不使用熱電偶進(jìn)行測試（熱電偶容易引入噪聲），那么這些大電阻比較合適；關(guān)于EN腳的受干擾程度，是因為大電阻所產(chǎn)生的信號比較小，所以更容易被噪聲淹沒(méi)，這就代表信噪比不高。要提高信噪比，就要加強信號，或者減弱噪聲。減小電阻就可以加強信號，并聯(lián)電容就可以減少噪聲。

圖二：TPS54202 EVM的原理圖

    對此，如果需要在我們的EVM板上用熱電偶測試溫度，將R4/R5降低到51k/10.5k歐姆，同時(shí)添加一個(gè)1nF的X7R電容與R5并聯(lián)。測試之后表現出后端MCU不會(huì )再復位。研發(fā)工程師把輸出電壓改成3.3V，測得的波形如下?？梢钥闯?，輸出電壓Vout穩定在3.3V，不會(huì )對后端MCU造成影響。

圖三：TPS54202 的EN, SW 和Vout的波形圖

案例二：用天線(xiàn)靠近TPS54202檢測無(wú)線(xiàn)電對芯片干擾

在線(xiàn)控器這類(lèi)產(chǎn)品上，通常會(huì )有WiFi模塊，WIFI模塊的天線(xiàn)的射頻能量容易對芯片甚至系統造成干擾。因此研發(fā)工程師們在研發(fā)線(xiàn)控器產(chǎn)品的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )用2.4Ghz的天線(xiàn)來(lái)檢測電源芯片的抗干擾能力。在檢測的過(guò)程中，TPS54202有出現在天線(xiàn)靠近的時(shí)候，輸出電壓升高，從而后端的MCU損壞的問(wèn)題。

圖四：TPS54202 SW，VFB和Vout的波形圖

通過(guò)觀(guān)察圖四可以發(fā)現，TPS54202的FB引腳的電壓由于持續性的巨大的射頻能量而被拉到0，從而導致芯片內部不斷發(fā)脈沖，讓輸出電壓升高。分析FB引腳的特性和圖二的EVM板的原理圖和，FB引腳的內部結構是一個(gè)接收器，它很容易受到具有大量能量的耦合噪聲的干擾，圖二的C8也就是Cff（前饋電容）, Cff作為低阻抗路徑，能將一對零極點(diǎn)引入回路，帶寬將會(huì )增加，帶寬增加容易引入更多的噪聲（如圖五）。

圖五：FB引腳的特性

因此，考慮移除Cff將減少環(huán)路帶寬，環(huán)路將會(huì )由于帶寬變窄更少受到外部噪音的干擾。 移除前饋電容測出的波形圖如圖六。

圖六：移除前饋電容后的Vout波形圖

可以看出，移除前饋電容之后，可以看出輸出電壓不會(huì )增加，同時(shí)也表現出不會(huì )損壞后端的MCU。

綜上所述，TPS54202的FB引腳和EN引腳都容易引入外部的噪聲，在實(shí)際應用和測試的過(guò)程，需要較為注意避免對這些引腳的干擾，同時(shí)采用上述方法來(lái)減小噪聲的干擾。