在白电应用中减小噪声对TPS54202的影响

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：V_EN  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。