技術妙文:反激式電源中常見噪聲來源及相關解決
發布時間:2014-01-27 責任編輯:mikeliu
【導讀】反激變換器是輔助電源通常采用的電路拓撲。它的優點在於可以工作在非常廣闊的輸入電壓範圍,電路簡單,元件少,但效率一般在75%左右。盡管開關電源的工作頻率遠超過人類的聽力範圍,但它們在特定的負載條件下仍會產生音頻噪聲。
音頻噪聲的可能來源多種多樣。噪聲可以是設計缺陷(如振蕩輸出電壓)導致,或者由電容或變壓器等噪聲元件導致。在有些情況下,您所聽到的尖銳刺耳的噪鳴或嘶嘶聲可能就像風扇在異常頻率下出現的搖蕩,或者由於電源靠近外部EMI源(熒光燈或電源插排)所導致。
本(ben)文(wen)將(jiang)探(tan)討(tao)反(fan)激(ji)式(shi)電(dian)源(yuan)中(zhong)最(zui)常(chang)見(jian)的(de)噪(zao)聲(sheng)來(lai)源(yuan),並(bing)介(jie)紹(shao)可(ke)能(neng)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。下(xia)文(wen)中(zhong)描(miao)述(shu)的(de)所(suo)有(you)操(cao)作(zuo)程(cheng)序(xu)都(dou)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)可(ke)程(cheng)控(kong)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)供(gong)應(ying)器(qi)或(huo)自(zi)耦(ou)變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)一(yi)個(ge)電(dian)子(zi)負(fu)載(zai)來(lai)完(wan)成(cheng)。請(qing)記(ji)住(zhu),在(zai)有(you)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia),您(nin)的(de)電(dian)源(yuan)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)水(shui)平(ping)可(ke)能(neng)非(fei)常(chang)低(di),如(ru)果(guo)該(gai)電(dian)源(yuan)將(jiang)在(zai)密(mi)閉(bi)殼(ke)體(ti)內(nei)使(shi)用(yong),那(na)麼(me)音(yin)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)就(jiu)不(bu)會(hui)構(gou)成(cheng)問(wen)題(ti)。
可能的噪聲源
反(fan)激(ji)式(shi)電(dian)源(yuan)中(zhong)最(zui)常(chang)見(jian)的(de)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)是(shi)噪(zao)聲(sheng)元(yuan)件(jian)。這(zhe)種(zhong)噪(zao)聲(sheng)通(tong)常(chang)由(you)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)或(huo)鐵(tie)氧(yang)體(ti)變(bian)壓(ya)器(qi)磁(ci)芯(xin)產(chan)生(sheng)。陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)中(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)通(tong)常(chang)由(you)逆(ni)向(xiang)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)造(zao)成(cheng)。對(dui)介(jie)質(zhi)結(jie)構(gou)施(shi)加(jia)電(dian)壓(ya)後(hou),會(hui)引(yin)發(fa)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)或(huo)應(ying)變(bian),造(zao)成(cheng)材(cai)料(liao)變(bian)形(xing)。當(dang)這(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)發(fa)生(sheng)變(bian)形(xing)時(shi),會(hui)排(pai)出(chu)周(zhou)圍(wei)的(de)空(kong)氣(qi),從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)。
由於在發生較大的電壓擺動時會出現逆向壓電效應,因此設計師可以重點查找出現較高dV/dt擺幅的陶瓷電容。在典型的電源中,這些電容包括緩衝電容、箝qian位wei電dian容rong以yi及ji陶tao瓷ci輸shu出chu電dian容rong要yao想xiang快kuai速su確que定ding一yi個ge陶tao瓷ci電dian容rong是shi否fou在zai產chan生sheng噪zao聲sheng,請qing用yong一yi個ge具ju有you相xiang同tong電dian容rong值zhi和he適shi當dang電dian壓ya額e定ding值zhi的de金jin屬shu膜mo電dian容rong將jiang其qi替ti換huan。如ru果guo噪zao聲sheng水shui平ping下xia降jiang,說shuo明ming您nin找zhao到dao了le電dian路lu中zhong的de噪zao聲sheng源yuan。
如ru果guo噪zao聲sheng源yuan是shi箝qian位wei電dian容rong,可ke以yi用yong一yi個ge金jin屬shu膜mo電dian容rong將jiang其qi徹che底di替ti換huan,或huo者zhe嚐chang試shi使shi用yong介jie質zhi材cai料liao不bu同tong的de陶tao瓷ci電dian容rong。另ling一yi個ge方fang法fa是shi,更geng換huan正zheng在zai使shi用yong的de箝qian位wei電dian容rong,例li如ru,將jiang其qi更geng換huan為wei穩wen壓ya管guan箝qian位wei電dian路lu。如ru果guo噪zao聲sheng問wen題ti源yuan自zi緩huan衝chong電dian容rong,可ke以yi用yong一yi個ge金jin屬shu膜mo電dian容rong將jiang其qi替ti換huan,也ye可ke以yi提ti高gao串chuan聯lian電dian阻zu的de值zhi,以yi降jiang低di電dian容rong上shang的dedV/dt噪聲。您也可以改用其它介質的陶瓷電容,看噪聲能否降低。
管理變壓器磁芯噪聲
另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),變(bian)壓(ya)器(qi)磁(ci)芯(xin)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)通(tong)常(chang)由(you)磁(ci)致(zhi)伸(shen)縮(suo)造(zao)成(cheng),它(ta)類(lei)似(si)於(yu)逆(ni)向(xiang)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)。當(dang)受(shou)到(dao)磁(ci)場(chang)影(ying)響(xiang)時(shi),許(xu)多(duo)鐵(tie)磁(ci)材(cai)料(liao)都(dou)會(hui)改(gai)變(bian)形(xing)狀(zhuang)。隨(sui)著(zhe)變(bian)壓(ya)器(qi)磁(ci)芯(xin)中(zhong)磁(ci)場(chang)的(de)變(bian)化(hua),此(ci)類(lei)材(cai)料(liao)會(hui)使(shi)磁(ci)芯(xin)發(fa)生(sheng)物(wu)理(li)振(zhen)動(dong)。當(dang)振(zhen)動(dong)頻(pin)率(lv)達(da)到(dao)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)機(ji)械(xie)共(gong)振(zhen)頻(pin)率(lv)時(shi),振(zhen)動(dong)就(jiu)會(hui)被(bei)放(fang)大(da),並(bing)造(zao)成(cheng)更(geng)大(da)的(de)音(yin)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)。在(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)(如使用60Hz外加磁場的變壓器)中,最大長度變化每周期出現兩次,從而產生熟悉的120Hz噪聲。
如(ru)果(guo)您(nin)的(de)設(she)計(ji)出(chu)現(xian)這(zhe)種(zhong)問(wen)題(ti),在(zai)開(kai)始(shi)排(pai)查(zha)原(yuan)因(yin)之(zhi)前(qian)首(shou)先(xian)要(yao)確(que)保(bao)它(ta)不(bu)是(shi)由(you)設(she)計(ji)不(bu)當(dang)引(yin)起(qi)。首(shou)先(xian),確(que)認(ren)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)和(he)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)符(fu)合(he)設(she)計(ji)規(gui)格(ge)。如(ru)果(guo)電(dian)源(yuan)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)低(di)於(yu)指(zhi)定(ding)的(de)最(zui)低(di)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya),或(huo)高(gao)於(yu)指(zhi)定(ding)的(de)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai),那(na)麼(me)部(bu)分(fen)交(jiao)流(liu)周(zhou)期(qi)將(jiang)會(hui)失(shi)去(qu)穩(wen)壓(ya),這(zhe)樣(yang)會(hui)造(zao)成(cheng)磁(ci)芯(xin)中(zhong)的(de)磁(ci)通(tong)量(liang)增(zeng)大(da)並(bing)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)。
如ru果guo輸shu入ru電dian壓ya和he負fu載zai處chu於yu規gui格ge範fan圍wei之zhi內nei,接jie下xia來lai檢jian驗yan輸shu入ru大da容rong量liang電dian容rong的de值zhi是shi否fou正zheng確que。如ru果guo輸shu入ru電dian容rong相xiang對dui於yu應ying用yong而er言yan過guo小xiao,直zhi流liu總zong線xian電dian壓ya將jiang在zai交jiao流liu刷shua新xin周zhou期qi之zhi間jian大da幅fu降jiang低di,造zao成cheng部bu分fen輸shu入ru的de交jiao流liu周zhou期qi失shi去qu穩wen壓ya。
變壓器中包含多種可活動元件,如線圈、gelijiaodaihegujia,tamenshibianyaqichengweilechangjiandezaoshengyuan。xianquanzhongdianliukechanshengdiancichang,diancichanghuichanshenglingxuduobianyaqiyuanjianchuxianjixiezhendongdeli。jianxiaobianyaqiyuanjianwuliyidongdezuiyouxiaofangfashishiyongzhanhecailiaohuotuqi。liru,yongqingqijinzicixinshiyizhongguangfanshiyongdefangfa,yonglaifangzhicixinsuigujiajinxingzhendong。suirangongyingshangtigonglezhongduotuqijishu,danwomentuijianshiyongqingqijinzijishu,erbushizhenkongjinzi,zheshiyinweizhenkongjinzihuidafutigaoraozudianrong,congerjiangdixiaolvbingshiEMI增大。
如果您的設計需要使用長磁芯型變壓器,則可以采用的另一個策略是使用標準磁芯長度。長磁芯產品(如EEL型變壓器和EERL型變壓器)doujuyoujididejixiexiezhenpinlv。zhezhongdixiezhenpinlvrongyizengdayinpinzaosheng。caiyongxiezhenpinlvjiaogaodebiaozhuncixinchangdukeyihuanjiegaiwenti。danwubiyaozhuyi,ruguogaiyongjiaoduandebiaozhuncixin,zebixushiyonggengdadecixinchicun,cainengtigongzugouderaozuchuangkoumianji。

ruguozaoshengwenticunzaiyutaocishuchudianrong,keyichangshixuduobutongdecelvelaijiejue。qizhongyigefangfashi,changshihuanyongdianjiedianronghuohuanyongqitajiezhicailiaodedianrong。huozhe,keyiyongduogebingliantaocidianronglaitihuanwentidianrong。meigedianrongchicundejianxiaojiangshiqibiaomianjixiangyingjianxiao,congergaibiandianrongdejixiegongzhen。
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處理脈衝束流
脈mai衝chong束shu流liu是shi另ling一yi個ge潛qian在zai的de噪zao聲sheng源yuan。當dang設she計ji中zhong的de傳chuan導dao電dian流liu脈mai衝chong聚ju集ji在zai一yi起qi,然ran後hou出chu現xian更geng多duo數shu量liang的de跳tiao脈mai衝chong時shi,就jiu會hui出chu現xian脈mai衝chong束shu流liu現xian象xiang。脈mai衝chong聚ju集ji會hui在zai開kai關guan模mo式shi中zhong產chan生sheng頻pin率lv分fen量liang,它ta們men通tong常chang都dou在zai聽ting覺jiao範fan圍wei內nei。脈mai衝chong束shu流liu在zai采cai用yong開kai/關控製模式的電源中最為常見。
為確定您的設計中是否存在這種現象,請斷開MOSFET漏極走線,然後插入一個電流環,以監測漏極電流的開關模式。
電dian源yuan在zai正zheng常chang負fu載zai下xia工gong作zuo時shi,使shi用yong一yi個ge電dian流liu探tan針zhen和he一yi個ge示shi波bo器qi抓zhua取qu在zai一yi個ge寬kuan時shi間jian量liang程cheng內nei的de一yi組zu漏lou極ji開kai關guan脈mai衝chong。下xia圖tu對dui顯xian示shi脈mai衝chong束shu流liu的de波bo形xing與yu具ju有you正zheng常chang開kai關guan模mo式shi的de波bo形xing進jin行xing了le比bi較jiao。如ru果guo看kan到dao類lei似si於yu左zuo圖tu的de脈mai衝chong–一行出現大量脈衝,接著是兩個或更多跳脈衝,就說明您的設計可能存在這種問題。
通tong常chang,脈mai衝chong束shu流liu現xian象xiang表biao示shi反fan饋kui電dian路lu過guo慢man,導dao致zhi控kong製zhi器qi響xiang應ying滯zhi後hou。診zhen斷duan此ci問wen題ti時shi,可ke以yi先xian確que認ren反fan饋kui電dian路lu中zhong的de所suo有you元yuan件jian值zhi是shi否fou都dou與yu設she計ji中zhong指zhi定ding的de值zhi相xiang符fu。一yi個ge可ke以yi嚐chang試shi的de解jie決jue方fang案an是shi,在zai設she計ji中zhong采cai用yongD型光耦器。D型(xing)光(guang)耦(ou)器(qi)具(ju)有(you)比(bi)標(biao)準(zhun)光(guang)耦(ou)器(qi)更(geng)高(gao)的(de)增(zeng)益(yi)。另(ling)一(yi)個(ge)策(ce)略(lve)是(shi),添(tian)加(jia)一(yi)個(ge)反(fan)饋(kui)環(huan)路(lu)加(jia)速(su)電(dian)路(lu),以(yi)縮(suo)短(duan)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)。該(gai)電(dian)路(lu)將(jiang)能(neng)確(que)保(bao)光(guang)耦(ou)晶(jing)體(ti)管(guan)始(shi)終(zhong)在(zai)有(you)源(yuan)區(qu)工(gong)作(zuo),這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)它(ta)發(fa)生(sheng)飽(bao)和(he),並(bing)提(ti)高(gao)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)。


結論
雖然反激式電源中的音頻噪聲源多種多樣,但最常見的“罪魁禍首”往(wang)往(wang)是(shi)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)或(huo)鐵(tie)氧(yang)體(ti)變(bian)壓(ya)器(qi)磁(ci)芯(xin)。如(ru)果(guo)您(nin)測(ce)試(shi)發(fa)現(xian)電(dian)源(yuan)中(zhong)存(cun)在(zai)明(ming)顯(xian)的(de)噪(zao)聲(sheng),則(ze)可(ke)以(yi)試(shi)用(yong)本(ben)文(wen)所(suo)介(jie)紹(shao)的(de)應(ying)對(dui)策(ce)略(lve)。在(zai)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia),您(nin)都(dou)可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)找(zhao)到(dao)故(gu)障(zhang)元(yuan)件(jian)並(bing)解(jie)決(jue)噪(zao)聲(sheng)問(wen)題(ti)。
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