在白電應(yīng)用中減小噪聲對TPS54202的影響

在白色家電領(lǐng)域，降壓轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用非常廣泛，為了實(shí)現(xiàn)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(yīng)用非常成熟的具有兩個集成 N 溝道 MOSFET 的 28V, 2A的同步降壓轉(zhuǎn)換器，通常用于12V轉(zhuǎn)5V或者3.3V的電路給MCU 或者運(yùn)放等芯片供電。這顆芯片經(jīng)過優(yōu)化的內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)較大程度地減少了外部元件數(shù)量，并簡化了控制環(huán)路設(shè)計。

        在最終產(chǎn)品量產(chǎn)之前，通常會對電源芯片進(jìn)行各類的測試，比如把熱電偶粘在電源芯片的塑殼上來做溫升測試，或者用天線靠近電源芯片檢測無線電對芯片干擾。這些測試引入的噪聲有時會影響芯片的正常輸出，因此減小噪聲對芯片以及整個系統(tǒng)的正常工作至關(guān)重要。接下來介紹兩個具體的噪聲對TPS54202應(yīng)用的影響的案例及其應(yīng)對方法。

案例一：用熱電偶布在TPS54202的塑殼上做溫升實(shí)驗(yàn)

在帶有電機(jī)的家電應(yīng)用上，曾有過異?，F(xiàn)象是采用TPS54202 EVM板電路設(shè)計，熱電偶布在TPS54202塑殼上，電機(jī)一轉(zhuǎn)，后端MCU復(fù)位。通過抓取波形，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）

通過觀察抓取的波形圖，推測是熱電偶布在54202的塑殼上給EN腳引入電機(jī)噪聲。于是檢查TPS54202的原理圖和layout，R4和R5設(shè)置得比較大是因?yàn)榭梢蕴岣哒w效率。因?yàn)楦唠娮鑼p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?yàn)榇箅娮杷a(chǎn)生的信號比較小，所以更容易被噪聲淹沒，這就代表信噪比不高。要提高信噪比，就要加強(qiáng)信號，或者減弱噪聲。減小電阻就可以加強(qiáng)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，同時添加一個1nF的X7R電容與R5并聯(lián)。測試之后表現(xiàn)出后端MCU不會再復(fù)位。研發(fā)工程師把輸出電壓改成3.3V，測得的波形如下?？梢钥闯觯敵鲭妷篤out穩(wěn)定在3.3V，不會對后端MCU造成影響。

圖三：TPS54202 的EN, SW 和Vout的波形圖

案例二：用天線靠近TPS54202檢測無線電對芯片干擾

在線控器這類產(chǎn)品上，通常會有WiFi模塊，WIFI模塊的天線的射頻能量容易對芯片甚至系統(tǒng)造成干擾。因此研發(fā)工程師們在研發(fā)線控器產(chǎn)品的過程中，經(jīng)常會用2.4Ghz的天線來檢測電源芯片的抗干擾能力。在檢測的過程中，TPS54202有出現(xiàn)在天線靠近的時候，輸出電壓升高，從而后端的MCU損壞的問題。

圖四：TPS54202 SW，VFB和Vout的波形圖

通過觀察圖四可以發(fā)現(xiàn)，TPS54202的FB引腳的電壓由于持續(xù)性的巨大的射頻能量而被拉到0，從而導(dǎo)致芯片內(nèi)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，F(xiàn)B引腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個接收器，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增加，同時也表現(xiàn)出不會損壞后端的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(yīng)用和測試的過程，需要較為注意避免對這些引腳的干擾，同時采用上述方法來減小噪聲的干擾。