深入解析开关电源产生啸叫的原因

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       稳压电源电路输出的开关电流的频率,或周期性脉冲群的周期频率,或毛刺的周期频率落入20~20kHz的音频范围,且周期性变化的电流经过电感线圈而产生交变磁场,使得该电感线圈在交变磁场作用下像“喇叭”一样在几乎固定的频率上产生机械振动而发出啸叫。
 

       啸叫声音的大小与电感绕制的质量有一定关系,绕制较松,其产生的啸叫声将较大。
 
引起DC/DC电路电感啸叫的因素

       1、负载电流过大。DC/DC芯片内部有一个限流保护电路,当负载超过IC内部的开关MOS管的最大电流时,限流电路检测电路就会调整芯片内部的占空比,或者停止工作,直到检测负载电流在标准范围内时,再重新启动正常的工作开关。如果从停止开关到重启开关的时间周期正好是20~20kHz的频率范围内,就会导致电感的的震动频率被人听到。
 

       2、负载电压过高。如果负载为空或轻负载,就会触发过压保护,停止开关,如果电压降下来,就会重启工作,从停止到重启的时间容易落在音频范围内。
 

       3、电路产生自激。电源电路在设计时,稳定性不够,当负载产生变化时,容易自激,当自激的频率落在音频范围内,将引起啸叫。
 

       4、穿越频率落在20~20kHz的频率范围内。穿越频率通常为开关频率的1/5至1/20,设计时需要撇开音频的频率范围,否则,将无法解决啸叫问题。
 

       5、开关切换过冲较大。DC/DC上管和下管切换的过程中,由于寄生电容、寄生电感的存在,将在上管开启的瞬间产生过冲,且幅度较大,导致在电感上施加周期性的过冲电压,从而引起啸叫声变大。
 
啸叫的解决办法
 

 


 
       1、提高开关频率。使穿越频率偏离音频范围,避免啸叫;


       2、确保电路工作稳定。避免产生自激,涉及的参数多而复杂,如:


       a)调整补偿回路,通常调整比较难,但效果最好;


       b)调整输出电感值,但效果不是很明显;


       c)调整输出电容值,效果较明显;


       d)调整输出电容的ESR,效果比较明显。

 

       3、降低过冲电压。在开关的上下管之间增加缓冲电路,如上左图的 R4 和 C2 电路,或右图 D1 和 C2 电路,可以减弱啸叫,但不能消除啸叫。

 

       4、减小寄生参数对电路的影响。合理布局布线,减小电源和地回路所引起的寄生电感和寄生电容,反馈回路尽可能远离开关电路;


       5、减小电感的机械振动。选用品质好的电感;


       6、电源IC选型时,不要超过OCP、OLP、OTP和OVP,若存在超过的情况,其间隙频率也避免落在音频区,需要考虑裕量设计。

 

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