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原创 [TI博客大赛]开关电源buck电路TPS5430的精密应用(RC Snubber 电路应用)

2012-8-1 17:48 5783 0 4 分类: 模拟
 

欢迎转载,转载请说明出处!

关键字:开关电源,buck电路,snubber电路,开关噪声,RC snubber,RCD snubber电路,EMC,EMI,振铃,过冲,能量

 

1 开关电源开关噪声和对策概述

TPS5430集成110m ohm的开关管的BUCK电源IC,支持5.5-36V的输入电压,最低可以输出1.22V。开关电源开关噪声会产生很严重emc和纹波问题,是50-300Mhz频段EMC重要奉献者,也是难解决的问题。

 

从理论上,减少开关电源的的电路的回流回路,同时采用合理的器件(肖特基二极管,低ESR的电容)来降低开关电源固有的缺陷,但是实际上的设计受制于成本,空间,时间的影响,我们没有办法设计完全符合条件的开关电源PCB,即使非常严格的按照了设计规则设计,走线长度等效电感,回流路径等效电感,引脚等效电感也是无法避免的,仍然会造成电路的振铃和EMC问题。

Snubber电路技术是一个非常简单实用的技术,不需要有很深的背景知识就可以实现理想的性能。Snubber 电路作用主要有以下方面:

·减少和消除电压和电流毛刺和尖峰

·限制dI/dt 或者 dV/dt(电压和电流的变化)

·保护mosfet工作在安全的电压(振铃的影响)

·降低mosfet 发热(能量转移到电阻和负载上)

·降低开关损耗

·衰减电压和电流振铃造成的EMI问题

Snubber电路有很多种类,常用RC(电阻电容)和RCD(电阻电容二极管)被动snubber电路,元件少而简单,性价比非常高,本设计主要就是基于RC snubber电路的应用和实验。

 

2 TPS5430 BUCK开关电源应用电路:

 

 

DEMO 电路:

TPS5430 BUCK开关电源官方资源:http://www.ti.com.cn/product/cn/tps5430

TPS5430 BUCK开关电源datasheet:

http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=tps5430&fileType=pdf

TPS5430 BUCK开关电源demo:http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/slvu157/slvu157.pdf

1.jpg 

 

 

3 TPS5430 BUCK开关电源性能测试和改进(RC snubber 电路)

3.1 TPS5430 BUCK开关电源性能改进和方法:

原来的DEMO的电路因为考虑到成本,采用的滤波器比较便宜,所以无论在空载和重载的情况下都是比较大的ripple。

所以在后面做了两个方面的改进:

方案一、原始Demo

方案二、在方案三的基础上,增加二极管非线性抑制电路(3.3ohm 1nF)

方案三、增加LC滤波器L=4.7uH C=120uF(60m ohm ESR, 20V耐压)

3.2 TPS5430 BUCK开关电源性能 Demo电路(5 ohm 负载1A电流)

 

V ripple(5ohm 负载@1A)

不限制带宽(500MHZ):

可以看出,噪声主要集中于开关高频噪声,具有超过1000mV pk-pk(不限带宽),虽然可能对于音频已经影响不大,但是的确是存在的高频开关噪声,不仅是EMC的重要源泉,更重要的是造成不干净地的因素,是重点消除的对象

 2.jpg 


 

观察二极管和mosfet开关振铃:

3.jpg 
 

3.2 TPS5430 BUCK开关电源性能 增加snubber电路:3.3ohm和1nF(5 ohm 负载1A电流)

 

V ripple(5ohm 负载@1A)

不限制带宽(500MHZ):

 

噪声主要集中于开关高频噪声,300mV pk-pk(不限带宽),已经大大降低。

 4.jpg 

 

观察二极管和mosfet开关振铃:

5.jpg 

3.4方案三、增加LC滤波器L=4.7uHC=120uF(60m ohm ESR, 20V耐压)

在5ohm负载下,电感之前的波形(200MHZ)

6.jpg 
 

在5ohm负载下,电感之后前的波形(20MHZ)

 

7.jpg 

 

改善后的开关波形

此时输出已经测试不出来噪声,测试出来的只是底噪,已经非常接近模拟电源的性能。

 

4.开关电源开关噪声进一步改善

高频开关噪声的抑制可以配合其他的器件完成进一步的噪声抑制,比如增加穿心磁珠或者磁珠进一步的降低噪声和纹波,需要考虑滤波电容的位置以改善系统的性能。

比如配合TDK铁氧体磁珠型号和特性,配合上面的措施可以获得1mV以下的ripple。

 

 

参考:

1. 升压转换器开关节点的振铃最小化:http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca057/zhca057.pdf

2. DESIGN OF SNUBBERS FOR POWERCIRCUITS:http://www.cde.com/tech/design.pdf

3. Snubber Circuits:http://ken-gilbert.com/images/pdf/snubber.pdf

4. TPS5430 BUCK开关电源官方资源:http://www.ti.com.cn/product/cn/tps5430

5. TPS5430 BUCK开关电源datasheet:http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=tps5430&fileType=pdf

6. TPS5430 BUCK开关电源demo:http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/slvu157/slvu157.pdf

 

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文章评论 4条评论)

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wangqiaoyu_888_963244381 2012-8-10 13:51

大家来围观哦

liuyanliuyanly_146056841 2012-7-12 08:18

图片看不到啊

pangtina_185718184 2012-7-2 15:22

图片补一补参加博客大赛哟!

pangtina_185718184 2012-7-2 15:18

博主,图片都挂了

bzhang 2009-9-13 23:04

布线也是门学问
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