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）

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

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

观察二极管和mosfet开关振铃：

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。

观察二极管和mosfet开关振铃：

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）

在5ohm负载下，电感之后前的波形（20MHZ）

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