鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1405次 | 2019年12月28日
電子產(chǎn)品:開關(guān)電源系統(tǒng)的噪音分析!
在目前日益發(fā)展的電子應(yīng)用技術(shù)行業(yè),我們對(duì)電子產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高;其實(shí)是整個(gè)行業(yè)的規(guī)范化,電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)不斷的升級(jí);比如我們家庭的TV產(chǎn)品工作時(shí)(靜音狀態(tài)下)有【嗡】的低頻噪音,也有的在耳朵貼近電視時(shí)才能聽到;這種噪音對(duì)聽覺敏感的人很容易聽到,我們來(lái)通過(guò)測(cè)試和分析哪些地方會(huì)是噪音的源頭呢?結(jié)果是:變壓器和電感器件是我們分析最多的情況;
我們通過(guò)噪音室抵近電路板進(jìn)行近距離測(cè)試時(shí),測(cè)試在電子產(chǎn)品中,高壓的電子線路電容和磁性元件能產(chǎn)生聲響。當(dāng)他們工作在一定的頻率范圍會(huì)影響人類的聽覺。如下波形說(shuō)明:
開關(guān)電源電路運(yùn)行>20KHZ基本無(wú)噪音。
開關(guān)電源電路運(yùn)行20HZ--20KHZ系統(tǒng)出現(xiàn)可聽噪音。
1.反激系統(tǒng)中的高壓瓷片電容-通常的壓電效應(yīng)產(chǎn)生的主導(dǎo)機(jī)制,出現(xiàn)電容器噪音;如下圖示位置:
在電子產(chǎn)品的開關(guān)電源系統(tǒng)中,電容鉗位電路在大電壓場(chǎng)合最有可能產(chǎn)生可聞噪聲。要確定是否陶瓷電容器是一種噪音的主要來(lái)源,更換一個(gè)具有不同介質(zhì)的。塑料薄膜電容器是最具成本效益的替代品。注意,以確保更換經(jīng)得起重復(fù)峰值電流和電壓應(yīng)力。電容器還可以產(chǎn)生可聞噪音,因?yàn)樗麄兊膲弘娞卣鳌H〈颂沾呻娙萜鞅∧る娙萜?,如下圖所示,可聽噪聲可減少!最簡(jiǎn)單的方法是替換法!
2.變壓器工作出現(xiàn)的噪音,在電子產(chǎn)品中無(wú)論使用哪種開關(guān)拓?fù)涞墓ぷ鞣绞?;無(wú)論工作在哪種狀態(tài),變壓器噪音均會(huì)存在!對(duì)于開關(guān)電源系統(tǒng)的產(chǎn)品:
主要是由于變壓器的激磁成分中含有低頻振蕩,使得磁芯的磁分子在這個(gè)低頻磁場(chǎng)下運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),從而引起周圍空氣的振動(dòng)。
由于人耳的可聞?lì)l率大約在20Hz到20kHz,如果這個(gè)空氣的振動(dòng)在此范圍內(nèi),最終傳到人耳朵而被聽見。
電子產(chǎn)品中電源變壓器發(fā)生噪音的原因主要有四個(gè)方面:
變壓器的工藝問(wèn)題、變壓器的環(huán)路問(wèn)題、變壓器的鐵心問(wèn)題以及開關(guān)電源的負(fù)載問(wèn)題,下面一一分析。
(1)變壓器的工藝問(wèn)題
①浸漆烘干不到位,導(dǎo)致磁芯不牢固引起機(jī)械振動(dòng)而發(fā)出響聲;
②氣隙的長(zhǎng)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;
③線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(shí)引起空氣振動(dòng)而發(fā)出響聲(變壓器如果經(jīng)過(guò)完全含浸,一般不會(huì)發(fā)聲)。
⑤點(diǎn)膠和含浸,中柱點(diǎn)膠,磁芯結(jié)合處與骨架或線包必須連接!點(diǎn)膠量及烘烤時(shí)間控制。
(2)變壓器的環(huán)路問(wèn)題
變壓器的環(huán)路問(wèn)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;
②反饋回路參數(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;
③環(huán)路中元器件的質(zhì)量問(wèn)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(shí)間太長(zhǎng),功率MOS開關(guān)速度設(shè)計(jì)出現(xiàn)掉溝現(xiàn)象等等,這些問(wèn)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(jì)圖如下:
初級(jí)接地規(guī)則:
A.連接方法為所有小信號(hào)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(hào)GND);
注意不好的設(shè)計(jì)容易出現(xiàn)EMS-Surge及系統(tǒng)噪音的問(wèn)題!
B.反饋信號(hào)要獨(dú)立走到IC,反饋信號(hào)的GND與IC的GND相連。
次級(jí)接地規(guī)則:
a.輸出小信號(hào)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(wèn)題;
變壓器鐵心發(fā)生飽和時(shí),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(dòng)從而發(fā)出噪音。
通常的做法:增強(qiáng)設(shè)計(jì)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(jì)合適的磁通擺幅即:設(shè)計(jì)變壓器的機(jī)械振動(dòng)的振幅密切相關(guān)的磁通擺動(dòng)。高峰磁通密度從3000高斯到2500高斯以下對(duì)噪音提供一個(gè)明顯的好處;參考如下計(jì)算公式:
其中Lm為變壓器電感,Ibp是工作時(shí)峰值開關(guān)電流,Ae是磁芯橫斷面面積,NP是變壓器初級(jí)設(shè)計(jì)圈數(shù)。在公式中可以看到,變壓器磁通量變化擺動(dòng)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(jì)細(xì)節(jié)可參考我的:《開關(guān)電源關(guān)鍵器件及EMC設(shè)計(jì)》
(4)開關(guān)電源的負(fù)載問(wèn)題
①開關(guān)電源在空載或輕載的情況下,在某些工作點(diǎn)處會(huì)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(shí),開關(guān)瞬時(shí)開通時(shí)間過(guò)大從而造成輸出能量太大,進(jìn)而電壓過(guò)沖也很大,需要較長(zhǎng)的時(shí)間去恢復(fù)到正常電壓,因此開關(guān)需停止工作一段時(shí)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(dòng)。選擇合適的IC是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵!
②變壓器工作在較深的過(guò)載情況,如果沒有保護(hù)措施;會(huì)有燒毀的情況!