電子產(chǎn)品中開關(guān)電源變壓器發(fā)生噪音的原因主要有四個方面:
變壓器的工藝問題、變壓器的環(huán)路問題、變壓器的鐵心問題以及開關(guān)電源的負(fù)載問題,下面一一分析。
?。?)變壓器的工藝問題
?、俳岷娓刹坏轿唬瑢?dǎo)致磁芯不牢固引起機械振動而發(fā)出響聲;
?、跉庀兜拈L度不適合,導(dǎo)致變壓器的工作狀態(tài)不穩(wěn)定而發(fā)出響聲;
?、劬€包沒有繞緊也可能導(dǎo)致響聲;
④磁芯組合有氣隙存在,高頻時引起空氣振動而發(fā)出響聲(變壓器如果經(jīng)過含浸,一般不會發(fā)聲)。
⑤點膠和含浸,中柱點膠,磁芯結(jié)合處與骨架或線包必須連接!點膠量及烘烤時間控制。
?。?)變壓器的環(huán)路問題
變壓器的環(huán)路問題即指變壓器的環(huán)路發(fā)生振蕩從而引起變壓器發(fā)生嘯叫。
①電路板布線不當(dāng),從而造成干擾引發(fā)振蕩,導(dǎo)致響聲;
?、诜答伝芈穮?shù)設(shè)置不當(dāng),導(dǎo)致環(huán)路不穩(wěn)定以致產(chǎn)生振蕩而發(fā)出響聲;
?、郗h(huán)路中元器件的質(zhì)量問題,如輸入濾波電容容量不足,輸出整流快恢復(fù)二極管反向恢復(fù)時間太長,功率MOS開關(guān)速度設(shè)計出現(xiàn)掉溝現(xiàn)象等等,這些問題都有可能導(dǎo)致震蕩而引起噪音。
以FLY為例:參考PCB設(shè)計圖如下:
初級接地規(guī)則:
A.連接方法為所有小信號GND與控制IC的GND相連后,與輔助繞組的輸出電容地相連,然后與輔助繞組的地相連,再連接到PowerGND(即大信號GND);
注意不好的設(shè)計容易出現(xiàn)EMS-Surge及系統(tǒng)噪音的問題!
B.反饋信號要獨立走到IC,反饋信號的GND與IC的GND相連。
次級接地規(guī)則:
a.輸出小信號地與相連后,與輸出電容的的負(fù)極相連;
b.輸出采樣電阻的地要與基準(zhǔn)源(TL431)的地相連。
(3)變壓器的鐵芯問題;
變壓器鐵心發(fā)生飽和時,線圈中電流增大,變壓器發(fā)熱并產(chǎn)生自激震蕩,線圈的振蕩引起周圍空氣的振動從而發(fā)出噪音。
通常的做法:增強設(shè)計開發(fā)技術(shù),以減少發(fā)聲噪音
選擇合適的磁芯,合適的控制IC技術(shù),設(shè)計合適的磁通擺幅即:設(shè)計變壓器的機械振動的振幅密切相關(guān)的磁通擺動。高峰磁通密度從3000高斯到2500高斯以下對噪音提供一個明顯的好處;參考如下計算公式:
其中Lm為變壓器電感,Ibp是工作時峰值開關(guān)電流,Ae是磁芯橫斷面面積,NP是變壓器初級設(shè)計圈數(shù)。在公式中可以看到,變壓器磁通量變化擺動減少:可調(diào)整Np,Ae,Lm,可減少音頻噪聲的結(jié)果。
如需設(shè)計細(xì)節(jié)可參考我的:《開關(guān)電源關(guān)鍵器件及EMC設(shè)計》
?。?)開關(guān)電源的負(fù)載問題
①開關(guān)電源在空載或輕載的情況下,在某些工作點處會發(fā)生振蕩現(xiàn)象,表現(xiàn)為變壓器的噪音和輸出的不穩(wěn)定。
發(fā)生這種現(xiàn)象是由于空載/輕載時,開關(guān)瞬時開通時間過大從而造成輸出能量太大,進而電壓過沖也很大,需要較長的時間去恢復(fù)到正常電壓,因此開關(guān)需停止工作一段時間,這樣開關(guān)就工作于間歇性工作模式,使變壓器工作在較低頻率(有規(guī)律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率)的振動。選擇合適的IC是設(shè)計的關(guān)鍵!
?、谧儔浩鞴ぷ髟谳^深的過載情況,如果沒有保護措施;會有燒毀的情況!
3.電感器件出現(xiàn)噪音;在電子產(chǎn)品中我以BUCK為例進行分析;
根據(jù)BUCK控制IC芯片的不同和外圍電路的不同,解決方法也各不相同,本文檔的宗旨是分析電感噪音的根本原因,并綜合各種不同的解決方法,供學(xué)習(xí)參考和借鑒。
①上端BUCK的控制設(shè)計-LED背光驅(qū)動設(shè)計電路
我們先來分析電路關(guān)鍵器件對性能參數(shù)的影響;
采樣電阻R=R923//R922//R941//R942;該電阻的作用是檢測輸出電流,當(dāng)輸出電流超過閥值時,將控制輸出PWM脈沖寬度進行調(diào)整,保持輸出電流恒定。IC-7Pin&8Pin通過外部的PWM(150HZ-300HZ)來進行PWM調(diào)光控制;IC-14Pin-RT為內(nèi)部震蕩電路的頻率調(diào)整電阻,電阻變小,則頻率升高,一般情況,輸出方波頻率等于該震蕩頻率。頻率越高輸出紋波越小。
L901電感量越大,則輸出紋波越小,紋波的大小還會影響到輸出調(diào)整的靈敏度,紋波越小,靈敏度越高,輸出越穩(wěn)定。受BUCK回路超快恢復(fù)續(xù)流二極管的反向恢復(fù)時間的影響,過大的電感器件其分布電容增大在電感上的開關(guān)電流尖峰電流也越大,會使L901電感容易產(chǎn)生噪音。如下測試Data:
測試過大的電感尖峰電流
調(diào)整電感分布電容參數(shù)后的電感尖峰電流
?、陔姼性胍舻脑蛩诩敖鉀Q方法
A.電感噪音原因之一:周期性電流經(jīng)過電感線圈,產(chǎn)生交變磁場,該電感線圈在交變磁場作用下產(chǎn)生振動而發(fā)出聲音。
B.PWM-Dimming時BUCK電路輸出的開關(guān)電流的頻率接近或落入音頻范圍,或周期性方波群的周期頻率接近或落入音頻范圍。
C.非屏蔽性電感器件位置布局在金屬導(dǎo)體周圍,其開放性磁場的切割磁力線運動;在交變磁場作用下產(chǎn)生振動而發(fā)出聲音;如下圖設(shè)計:
850uH的工字型電感放置在板邊緣與金屬殼體高度距離過近<5mm;通過調(diào)整位置或增加絕緣距離后,產(chǎn)品噪音消除!