Other Parts Discussed in Post: TPS54202

作者:South China FAE Skylar Li

         在白色家电领域,降压转换器的应用非常广泛,为了实现不同的功能就需要不同的电源轨。TPS54202 器件是一款在家电领域应用非常成熟的具有两个集成 N 沟道 MOSFET 的 28V, 2A的同步降压转换器,通常用于12V转5V或者3.3V的电路给MCU 或者运放等芯片供电。这颗芯片经过优化的内部补偿网络较大程度地减少了外部元件数量,并简化了控制环路设计。

        在最终产品量产之前,通常会对电源芯片进行各类的测试,比如把热电偶粘在电源芯片的塑壳上来做温升测试,或者用天线靠近电源芯片检测无线电对芯片干扰。这些测试引入的噪声有时会影响芯片的正常输出,因此减小噪声对芯片以及整个系统的正常工作至关重要。接下来介绍两个具体的噪声对TPS54202应用的影响的案例及其应对方法。

案例一:用热电偶布在TPS54202的塑壳上做温升实验

在带有电机的家电应用上,曾有过异常现象是采用TPS54202 EVM板电路设计,热电偶布在TPS54202塑壳上,电机一转,后端MCU复位。通过抓取波形,在掉电的那一瞬间,EN脚的电压掉到阈值以下,如图一。

图一:TPS54202的 EN及Vout的波形图(C1:VEN  C2: Vout)

通过观察抓取的波形图,推测是热电偶布在54202的塑壳上给EN脚引入电机噪声。于是检查TPS54202的原理图和layout,R4和R5设置得比较大是因为可以提高整体效率。因为高电阻将减少电阻的功率损失,如果不使用热电偶进行测试(热电偶容易引入噪声),那么这些大电阻比较合适;关于EN脚的受干扰程度,是因为大电阻所产生的信号比较小,所以更容易被噪声淹没,这就代表信噪比不高。要提高信噪比,就要加强信号,或者减弱噪声。减小电阻就可以加强信号,并联电容就可以减少噪声。

图二:TPS54202 EVM的原理图

    对此,如果需要在我们的EVM板上用热电偶测试温度,将R4/R5降低到51k/10.5k欧姆,同时添加一个1nF的X7R电容与R5并联。测试之后表现出后端MCU不会再复位。研发工程师把输出电压改成3.3V,测得的波形如下。可以看出,输出电压Vout稳定在3.3V,不会对后端MCU造成影响。

图三:TPS54202 的EN, SW 和Vout的波形图

案例二:用天线靠近TPS54202检测无线电对芯片干扰

在线控器这类产品上,通常会有WiFi模块,WIFI模块的天线的射频能量容易对芯片甚至系统造成干扰。因此研发工程师们在研发线控器产品的过程中,经常会用2.4Ghz的天线来检测电源芯片的抗干扰能力。在检测的过程中,TPS54202有出现在天线靠近的时候,输出电压升高,从而后端的MCU损坏的问题。

  

图四:TPS54202 SW,VFB和Vout的波形图

通过观察图四可以发现,TPS54202的FB引脚的电压由于持续性的巨大的射频能量而被拉到0,从而导致芯片内部不断发脉冲,让输出电压升高。分析FB引脚的特性和图二的EVM板的原理图和,FB引脚的内部结构是一个接收器,它很容易受到具有大量能量的耦合噪声的干扰,图二的C8也就是Cff(前馈电容), Cff作为低阻抗路径,能将一对零极点引入回路,带宽将会增加,带宽增加容易引入更多的噪声(如图五)。

图五:FB引脚的特性

因此,考虑移除Cff将减少环路带宽,环路将会由于带宽变窄更少受到外部噪音的干扰。 移除前馈电容测出的波形图如图六。

图六:移除前馈电容后的Vout波形图

可以看出,移除前馈电容之后,可以看出输出电压不会增加,同时也表现出不会损坏后端的MCU。

综上所述,TPS54202的FB引脚和EN引脚都容易引入外部的噪声,在实际应用和测试的过程,需要较为注意避免对这些引脚的干扰,同时采用上述方法来减小噪声的干扰。

Anonymous