消除電感嘯叫的三個方法
發布時間:2018-09-19 責任編輯:xueqi
【導讀】在測試開關電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)時(shi),明(ming)明(ming)看(kan)到(dao)電(dian)路(lu)是(shi)工(gong)作(zuo)正(zheng)常(chang),可(ke)是(shi)有(you)時(shi)候(hou)電(dian)感(gan)總(zong)是(shi)會(hui)無(wu)故(gu)發(fa)出(chu)討(tao)厭(yan)的(de)滋(zi)滋(zi)聲(sheng)。通(tong)常(chang)這(zhe)些(xie)電(dian)感(gan)嘯(xiao)叫(jiao)很(hen)難(nan)追(zhui)蹤(zong),不(bu)知(zhi)道(dao)如(ru)何(he)確(que)定(ding)它(ta)來(lai)自(zi)哪(na)裏(li)。要(yao)知(zhi)道(dao)這(zhe)些(xie)電(dian)感(gan)嘯(xiao)叫(jiao)如(ru)何(he)產(chan)生(sheng),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)先(xian)了(le)解(jie)電(dian)感(gan)的(de)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)入(ru)手(shou)。
電感為什麼會嘯叫?
在低頻時,電感一般能蓄能,也有濾高頻的特性。在低頻應用時, 電感工作頻率低於諧振頻率時,電感值基本上仍可以保持穩定。
但在高頻時,它的阻抗特性表現很明顯。 (請留意不同的電感的高頻特性可能不一樣。) 如圖一的Wurth Electronics電感744029001,特別是工作頻率超過諧振頻率後,電感值將會先增大,達到一定頻率後,突然迅速減小。如果耳朵能聽到嘯叫(吱吱聲),可以肯定電感兩端存在一個20Hz-20kHz左右(人耳可聽範圍內)的開關電流。

圖1:Wurth Electronics電感744029001在工作頻率時的阻抗特性表現
開關電源電路為了自身保護和開關電源的可靠性,大多都有 “限流保護電路”,如圖2降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi使shi用yong限xian流liu保bao護hu電dian路lu。當dang開kai關guan電dian源yuan空kong載zai或huo過guo載zai的de時shi候hou,限xian流liu保bao護hu電dian路lu會hui立li即ji調tiao整zheng開kai關guan占zhan空kong比bi,或huo者zhe立li即ji停ting止zhi開kai關guan工gong作zuo,直zhi到dao檢jian測ce負fu載zai電dian流liu在zai標biao準zhun範fan圍wei內nei時shi,才cai重zhong新xin啟qi動dong正zheng常chang的de工gong作zuo開kai關guan。這zhe從cong停ting止zhi開kai關guan到dao重zhong啟qi開kai關guan的de時shi間jian周zhou期qi正zheng好hao是shi幾jikHz的頻率,導致工作頻率改變,低於設計值。

圖2:降壓轉換器使用限流保護電路
第一招兒:改變開關電源頻率
如果電感的諧振頻率在20Hz-20KHz之(zhi)間(jian),而(er)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)在(zai)這(zhe)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)時(shi)候(hou),電(dian)感(gan)就(jiu)會(hui)嘯(xiao)叫(jiao),人(ren)耳(er)就(jiu)能(neng)聽(ting)見(jian)了(le)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia),如(ru)果(guo)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)在(zai)額(e)定(ding)負(fu)載(zai),其(qi)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)高(gao)於(yu)與(yu)設(she)計(ji)值(zhi)(高於可聽範圍)相同,人耳是聽不到的。
如果聽見電感嘯叫,可以嚐試改變開關頻率,嚐試調節高於可聽範圍(20Hz - 20kHz)的開關頻率以降低噪聲。另外,亦可嚐試降低負載電流或更換功率稍微大些的DC-DC轉換器,改善負載電流過大的問題。

圖3:在Digi-Key 搜索器可以找到不同固定值電感的諧振頻率 (頻率-自諧振)
第二招兒:固定電路板上的電感
如果電感已經焊在電路板上,但是電感線圈沒用固定好,是可動的,這樣或會引起電感嘯叫。要防止,可以利用液體清漆或RTV矽樹脂,塗在電感線圈上。

圖4: LOCTITE 5145 的RTV矽樹脂
如ru果guo電dian路lu板ban上shang將jiang會hui用yong許xu多duo電dian感gan,可ke以yi先xian將jiang鐵tie芯xin和he繞rao組zu真zhen空kong壓ya力li上shang漆qi,把ba整zheng個ge鐵tie芯xin和he繞rao圈quan都dou在zai漆qi裏li麵mian,再zai固gu定ding在zai電dian路lu板ban上shang,這zhe樣yang都dou可ke以yi降jiang低di噪zao聲sheng。
第三招兒:采用鐵氧體磁芯
dangdianganxianquanxizhongcunyoucinengshi,huichanshengzhendongbingchanshengzaosheng。zhezhongzaoshengjianglaizidianganqideqixicailiaohecilujihexingzhuang。genjufuzaiqingkuang,pinlvhebujianbianhua,ketingzaoshengdeshulianghuiyousuobutong。
如果是這情況,可考慮改用鐵氧體磁芯。鐵氧體磁芯是主要由鐵(Fe)、錳(Mn)和鋅(Zn)三種金屬元素組成,通常被稱為錳鋅鐵氧體。環形鐵氧體磁芯由於沒有氣隙,且截麵積一致,因此磁效應很高。一般幾百kHz的開關頻率,鐵氧體磁芯電感是沒問題的。

圖5:在Digi-Key 搜索器可以找到不同鐵氧體磁芯
結論
在開關電源電路,發現電感無故嘯叫,可以嚐試用以下方法消除:
1. 在應用中,改變開關頻率,調節高於可聽範圍(20Hz - 20kHz)的開關頻率以降低噪聲。
2. 如果電感已經焊接在電路板上,可以在線圈上塗上液態清漆或RTV矽樹脂,把電感粘牢。如果電路板上將會有用許多電感,可以先將鐵芯和繞組真空上漆,這樣都可以降低噪聲。
3. 可考慮用鐵氧體磁芯電感,一般幾百kHz的開關頻率,鐵氧體磁芯電感是可以應用。

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作者:Barley Li
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