开关电源大负载或者输出短路时,电感产生啸叫的原因以及解决方法
啸叫信号的产生原因
要想知道开关电源导致啸叫的原因,我们就要先了解开关电源的工作原理,例如有一个12V的电压,我们在1s内,把它断开0.5s再开启0.5s,如此循环。那么虽然电压在导通时还是12V,但是实际上其有效电压已经变为了6V。只要我们提高开启断开的速度,就可以实现较小纹波的输出电压;只要我们提高导通的时间,降低关闭的时间,那么我们就可以自由控制有效电压的电压值(PWM)。 所以当输出负载比较大,甚至直接短路时,由于接近电源的功率极限,所以变压器会进入不稳定的状态,前一个周期为了输出大有效电压,就会进行长时间导通,电感大量储能;等到下一个周期,由于电感能量未充分释放,所以为了让实际的输出有效电压为设定值,就会让开关电源进行长时间关断;这样一来,又会导致电感能量释放过多,下一个周期又进行长时间导通…… 如此循环往复,电感产生有规律性的震动,而这个震动在人耳可以听到的范围之内,这就是“啸叫”的产生原因。 电感发声的原因
至于电感发声,有三种原因: 1.磁性体磁芯磁致伸缩(磁应变) 对磁性体施加磁场使其磁化后,其外形会发生细微变化。该现象称为"磁致伸缩"或"磁应变"。以铁氧体等磁性体为磁芯的电感器中,绕组所产生的交流磁场会使磁性体磁芯发生伸缩,有时会检测到其振动声。 2.磁性体磁芯磁化导致相互吸引 磁性体被外部磁场磁化时将会表现出磁铁性质,从而与周围磁性体相互吸引。鼓芯与屏蔽磁芯之间的间隙通过粘接剂进行封闭,但为了防止因应力产生开裂,因此不会使用较硬的材料,无法完全抑制因相互吸引所导致的振动。 3.漏磁通导致绕组振动 不带有屏蔽磁芯的无屏蔽型功率电感器中,不会因前述鼓芯与屏蔽磁芯磁化导致的相互吸引而产生啸叫。但在无屏蔽型产品中会发生其他问题。由于无屏蔽型产品为开放磁路结构,因此漏磁通会对绕粗产生作用。由于绕组中会流过电流,力会作用于绕组上。所以当交流电流流过绕组时,绕组本身会发生振动,从而产生啸叫。 啸叫的解决方法
既然啸叫是由于产生了20Hz到20kHz范围内的信号,导致电感的震动声可以被人耳听到,那么我们只需要滤除这个范围内的电源噪声就好。这个方法只能治标,让人听不到啸叫。要想治本,还是需要设计时做好考虑,短路时如何处理、高负载时如何处理等,例如可以限制最大电流,当某个电压时电流超过多少后就变为恒流模式。 突然想到然后随手写的文章,如有错漏之处,希望大家指出,谢谢。