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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】在測試開關電源電路時,明明看到電路是工作正常,可是有時候電感總是會無故發出討厭的滋滋聲。通常這些電感嘯叫很難追蹤,不知道如何確定它來自哪里。要知道這些電感嘯叫如何產生,我們可以先了解電感的頻率特性入手。
 
電感為什么會嘯叫?
 
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, 電感工作頻率低于諧振頻率時,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后,電感值將會先增大,達到一定頻率后,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(人耳可聽范圍內)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降壓轉換器使用限流保護電路。當開關電源空載或過載的時候,限流保護電路會立即調整開關占空比,或者立即停止開關工作,直到檢測負載電流在標準范圍內時,才重新啟動正常的工作開關。這從停止開關到重啟開關的時間周期正好是幾kHz的頻率,導致工作頻率改變,低于設計值。
 
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之間,而工作頻率在這范圍內的時候,電感就會嘯叫,人耳就能聽見了。一般情況下,如果開關電源工作在額定負載,其工作頻率高于與設計值(高于可聽范圍)相同,人耳是聽不到的。
 
如果聽見電感嘯叫,可以嘗試改變開關頻率,嘗試調節高于可聽范圍(20Hz - 20kHz)的開關頻率以降低噪聲。另外,亦可嘗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硅樹脂,涂在電感線圈上。
 
圖4: LOCTITE 5145 的RTV硅樹脂
 
如果電路板上將會用許多電感,可以先將鐵芯和繞組真空壓力上漆,把整個鐵芯和繞圈都在漆里面,再固定在電路板上,這樣都可以降低噪聲。
 
第三招兒:采用鐵氧體磁芯
 
當電感線圈隙中存有磁能時,會產生振動并產生噪聲。這種噪聲將來自電感器的氣隙材料和磁路幾何形狀。根據負載情況,頻率和部件變化,可聽噪聲的數量會有所不同。
 
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。環形鐵氧體磁芯由于沒有氣隙,且截面積一致,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,可以嘗試用以下方法消除:
 
1. 在應用中,改變開關頻率,調節高于可聽范圍(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,可以在線圈上涂上液態清漆或RTV硅樹脂,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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