詳解開關電源嘯叫的原因
發布時間:2013-01-10 責任編輯:easonxu
【導讀】測試開關電(dian)源(yuan)或(huo)在(zai)實(shi)驗(yan)中(zhong)有(you)聽(ting)到(dao)類(lei)似(si)產(chan)品(pin)打(da)高(gao)壓(ya)不(bu)良(liang)的(de)漏(lou)電(dian)聲(sheng)響(xiang)或(huo)高(gao)壓(ya)拉(la)弧(hu)的(de)聲(sheng)音(yin)或(huo)大(da)或(huo)小(xiao),或(huo)時(shi)有(you)時(shi)無(wu),其(qi)韻(yun)律(lv)或(huo)深(shen)沉(chen)或(huo)刺(ci)耳(er),或(huo)變(bian)化(hua)無(wu)常(chang)者(zhe)皆(jie)有(you)。
凡是做過開發工作的人員都有這樣的經曆,測試開關電源或在實驗中有聽到類似產品打高壓不良的漏電聲響或高壓拉弧的聲音不請自來:其聲響或大或小,或時有時無;其韻律或深沉或刺耳,或變化無常者皆有。

圖1:開關電源
PWM IC接地走線失誤:通常產品表現為會有部分能正常工作,但有部分產品卻無法帶載並有可能無法起振的故障,特別是應用某些低功耗IC時,更有可能無法正常工作。曾用過SG6848試板,由於當初沒有透徹了解IC的性能,憑著經驗便匆匆layout,結果試驗時竟然不能做寬電壓測試。
光耦(Opto Coupler)工作電流點走線失誤:當光耦的工作電流電阻的位置連接在次級濾波電容之前時也會有嘯叫的可能,特別是當帶載越多時更甚。
變壓器(Transformer)浸漆不良:包括未含浸凡立水(Varnish)。嘯叫並引起波形有尖刺,但一般帶載能力正常,特別說明:輸出功率越大者嘯叫越甚之,小功率者則表現不一定明顯。在一款72W的充電器產品中就有過帶載不良的經驗,並在此產品中發現對磁芯的材質有著嚴格的要求。(此款產品客戶要求較為嚴格)補充一點,當變壓器的設計欠佳也有可能工作時振動產生異響。
基準穩壓(Regulator)IC TL431的接地線失誤:同樣的次級的基準穩壓IC的接地和初級IC的(de)接(jie)地(di)一(yi)樣(yang)有(you)著(zhe)類(lei)似(si)的(de)要(yao)求(qiu),那(na)就(jiu)是(shi)都(dou)不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)冷(leng)地(di)熱(re)地(di)相(xiang)連(lian)接(jie)。如(ru)果(guo)連(lian)在(zai)一(yi)起(qi)的(de)後(hou)果(guo)就(jiu)是(shi)帶(dai)載(zai)能(neng)力(li)下(xia)降(jiang)並(bing)且(qie)嘯(xiao)叫(jiao)聲(sheng)和(he)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)大(da)小(xiao)呈(cheng)正(zheng)比(bi)。當(dang)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)較(jiao)大(da),接(jie)近(jin)電(dian)源(yuan)功(gong)率(lv)極(ji)限(xian)時(shi),開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)可(ke)能(neng)會(hui)進(jin)入(ru)一(yi)種(zhong)不(bu)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai):前一周期開關管占空比過大,導通時間過長,通過高頻變壓器傳輸了過多的能量;直流整流的儲能電感本周期內能量未充分釋放,經PWM判斷在下一個周期內沒有產生令開關管導通的驅動信號或占空比過小;開關管在之後的整個周期內為截止狀態,或者導通時間過短;儲能電感經過多於一整個周期的能量釋放,輸出電壓下降,開關管下一個周期內的占空比又會大……如此周而複始,使變壓器發生較低頻率(有規律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率)的de振zhen動dong,發fa出chu人ren耳er可ke以yi聽ting到dao的de較jiao低di頻pin率lv的de聲sheng音yin。同tong時shi,輸shu出chu電dian壓ya波bo動dong也ye會hui較jiao正zheng常chang工gong作zuo增zeng大da。當dang單dan位wei時shi間jian內nei間jian歇xie性xing全quan截jie止zhi周zhou期qi數shu量liang達da到dao總zong周zhou期qi數shu的de一yi個ge可ke觀guan比bi例li時shi,甚shen至zhi會hui令ling原yuan本ben工gong作zuo在zai超chao聲sheng頻pin段duan的de變bian壓ya器qi振zhen動dong頻pin率lv降jiang低di,進jin入ru人ren耳er可ke聞wen 的頻率範圍,發出尖銳的高頻“哨叫”。此時的開關變壓器工作在嚴重的超載狀態,時刻都有燒毀的可能——這就是許多電源燒毀前“慘叫”的由來,相信有些用戶曾經有過類似的經曆。
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空(kong)載(zai),或(huo)者(zhe)負(fu)載(zai)很(hen)輕(qing)時(shi)開(kai)關(guan)管(guan)也(ye)有(you)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)間(jian)歇(xie)性(xing)的(de)全(quan)截(jie)止(zhi)周(zhou)期(qi),開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)同(tong)樣(yang)工(gong)作(zuo)在(zai)超(chao)載(zai)狀(zhuang)態(tai),同(tong)樣(yang)非(fei)常(chang)危(wei)險(xian)。針(zhen)對(dui)此(ci)問(wen)題(ti),可(ke)通(tong)過(guo)在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)預(yu)置(zhi)假(jia)負(fu)載(zai)的(de)方(fang)法(fa)解(jie)決(jue),但(dan)在(zai)一(yi)些(xie)“節省”dehuodagonglvdianyuanzhongrengouyoufasheng。dangbudaizaihuozhefuzaitaiqingshi,bianyaqizaigongzuoshisuochanshengdefandianshibunenghenhaodebeixishou。zheyangbianyaqijiuhuiouhehenduozaboxinhaodaonide1.2raozu。zhegezaboxinhaobaokuolexuduobutongpinpudejiaoliufenliang。qizhongyeyouxuduodipinbo,dangdipinboyunibianyaqideguyouzhendangpinlvyizhishi,namedianlujiuhuixingchengdipinziji。bianyaqidecixinbuhuifachushengyin。womenzhidao,rendetingjiaofanweishi20--20KHZ。所suo以yi我wo們men在zai設she計ji電dian路lu時shi,一yi般ban都dou加jia上shang選xuan頻pin回hui路lu。以yi濾lv除chu低di頻pin成cheng份fen。從cong你ni的de原yuan理li圖tu來lai看kan,你ni最zui好hao是shi在zai反fan饋kui回hui路lu上shang加jia一yi個ge帶dai通tong電dian路lu,以yi防fang止zhi低di頻pin自zi激ji。或huo者zhe是shi將jiang你ni的de開kai關guan電dian源yuan做zuo成cheng固gu定ding頻pin率lv的de即ji可ke。
大功率開關電源短路嘯叫
相信大家遇到過這種情況,開關電源在滿載後突然將電源短路測試,有時候會聽到電源有嘯叫的情況;或者是在設置電流保護時,當電流調試到某一段位,會有嘯叫,其嘯叫的聲音抑揚頓挫,甚是煩人。
究其原因主要為以下:
當輸出負載較大,接近電源功率極限時,開關變壓器可能會進入一種不穩定狀態:前一周期開關管占空比過大,導通時間過長,通過高頻變壓器傳輸了過多的能量;直流整流的儲能電感本周期內能量未充分釋放,經PWM判斷,在下一個周期內沒有產生令開關管導通的驅動信號或占空比過小;開關管在之後的整個周期內為截止狀態,或者導通時間過短;儲能電感經過多於整個周期的能量釋放,輸出電壓下降,開關管下一個周期內的占空比又會大,如此周而複始,使變壓器發生較低頻率(有規律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率)的振動,發出人耳可以聽到的較低頻率的聲音。 同(tong)時(shi),輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)波(bo)動(dong)也(ye)會(hui)較(jiao)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)增(zeng)大(da)。當(dang)單(dan)位(wei)時(shi)間(jian)內(nei)間(jian)歇(xie)性(xing)全(quan)截(jie)止(zhi)周(zhou)期(qi)數(shu)量(liang)達(da)到(dao)總(zong)周(zhou)期(qi)數(shu)的(de)一(yi)個(ge)可(ke)觀(guan)比(bi)例(li)時(shi),甚(shen)至(zhi)會(hui)令(ling)原(yuan)本(ben)工(gong)作(zuo)在(zai)超(chao)聲(sheng)頻(pin)段(duan)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)振(zhen)動(dong)頻(pin)率(lv)降(jiang)低(di),進(jin)入(ru)人(ren)耳(er)可(ke)聞(wen) 的頻率範圍,發出尖銳的高頻“哨叫”。此時的開關變壓器工作在嚴重的超載狀態,時刻都有燒毀的可能——這就是許多電源燒毀前“慘叫”的(de)由(you)來(lai),相(xiang)信(xin)有(you)些(xie)用(yong)戶(hu)曾(zeng)經(jing)有(you)過(guo)類(lei)似(si)的(de)經(jing)曆(li)。空(kong)載(zai),或(huo)者(zhe)負(fu)載(zai)很(hen)輕(qing)時(shi)開(kai)關(guan)管(guan)也(ye)有(you)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)間(jian)歇(xie)性(xing)的(de)全(quan)截(jie)止(zhi)周(zhou)期(qi),開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)同(tong)樣(yang)工(gong)作(zuo)在(zai)超(chao)載(zai)狀(zhuang)態(tai),同(tong)樣(yang)非(fei)常(chang)危(wei)險(xian)。
針對此問題,可通過在輸出端預置假負載的方法解決,但在一些“節省”dehuodagonglvdianyuanzhongrengouyoufasheng。dangbudaizaihuozhefuzaitaiqingshi,bianyaqizaigongzuoshisuoshengdefandianshibunenghenhaodebeixishou。zheyangbianyaqijiuhuiouhehenduozaboxinhaodaonide1.2raozu。zhegezaboxinhaobaokuolexuduobutongpinpudejiaoliufenliang。qizhongyeyouxuduodipinbo,dangdipinboyunibianyaqideguyouzhendangpinlvyizhishi,namedianlujiuhuixingchengdipinziji。bianyaqidecixinbuhuifachushengyin。womenzhidao,rendetingjiaofanweishi20--20KHZ.suoyiwomenzaishejidianlushi,yibandoujiashangxuanpinhuilu。yilvchudipinchengfen。congnideyuanlitulaikan,nizuihaoshizaifankuihuilushangjiayigedaitongdianlu,yifangzhidipinziji。huozheshijiangnidekaiguandianyuanzuochenggudingpinlvdejike。
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