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六种导致开关电源啸叫的情况及解决方法

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gaochy1126|  楼主 | 2015-10-31 21:26 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
  开关电源控制着电路中开关管开通和关断的时间比率,维持着稳定的电路电压输出,是一种非常常见的电源设计。但是从事过开关电源设计的人都知道,在对开关电源进行测试的过程当中,经常会听到一些啸叫声,类似于打高压不良时发出的漏电音,或着像高压拉弧的声音。那么当这些现象出现时,应当如何解决他们呢?
  通常来说,开关电源啸叫的原因一般有下面几种诱因。
  变压器浸漆不良
  包括未含浸凡立水。啸叫并引起波形有尖刺,但一般带载能力正常,特别说明:输出功率越大者啸叫越强,小功率者则表现不一定明显。一款72W的充电器产品中就有过带载不良的经验,并在此产品中发现对磁芯的材质有着严格的要求。补充一点,当变压器的设计欠佳时,也有可能工作时振动产生异响。
  PWM IC接地走线失误
  通常产品表现为会有部分能正常工作,但有部分产品却无法带载并有可能无法起振的故障,特别是应用某些低功耗IC时,更有可能无**常工作。比如SG6848试板,由于当初没有透彻了解IC的性能,凭着经验便匆匆layout, 结果试验时竟然不能做宽电压测试。
  光耦工作电流点走线失误
  当光耦的工作电流电阻的位置连接在次级滤波电容之前时,也会有啸叫的可能,特别是当带载越多时更甚。
  基准稳压IC TL431的接地线失误
  同样的次级的基准稳压IC的接地和初级IC的接地一样有着类似的要求,那就是都不能直接和变压器的冷地热地相连接。如果连在一起的后果就是带载能力下降并且啸叫声和输出功率的大小呈正比。
  当输出负载较大,接近电源功率极限时,开关变压器可能会进入一种不稳定状态。前一周期开关管占空比过大,导通时间过长,通过高频变压器传输了过多的能量;直流整流的储能电感本周期内能量未充分释放,经PWM判断,在下一个周期内没有产生令开关管导通的驱动信号,或占空比过小。开关管在之后的整个周期内为截止状态,或者导通时间过短。储能电感经过多于一整个周期的能量释放,输出电压下降,开关管下一个周期内的占空比又会较大……如此周而复始,使变压器发生较低频率(有规律的间歇性全截止周期,或占空比剧烈变化的频率)的振动,发出人耳可以听到的较低频率的声音。
  同时,输出电压波动也会较正常工作增大。当单位时间内间歇性全截止周期数量,达到总周期数的一个可观比例时,甚至会令原本工作在超声频段的变压器振动频率降低,进入人耳可闻的频率范围,发出尖锐的高频“哨叫”。此时的开关变压器工作在严重的超载状态,时刻都有烧毁的可能——这就是许多电源烧毁前“惨叫”的由来,相信有些用户曾经有过类似的经历。
  空载或者负载很轻时
  当这种情况时开关管也有可能出现间歇性的全截止周期,开关变压器同样工作在超载状态,同样非常危险。针对此问题,可通过在输出端预置假负载的方法解决,但在一些“节省”的或大功率电源中仍偶有发生。
  当不带载或者负载太轻时
  变压器在工作时所产生的反电势不能很好的被吸收。这样变压器就会耦合很多杂波信号到的绕组。这个杂波信号包括了许多不同频谱的交流分量。其中也有许多低频波,当低频波与你变压器的固有振荡频率一致时,那么电路就会形成低频自激。变压器的磁芯不会发出声音。我们知道,人的听觉范围是20--20KHZ。所以我们在设计电路时,一般都加上选频回路。以滤除低频成份。最好是在反馈回路上加一个带通电路,以防止低频自激。或者是将开关电源做成固定频率的即可。

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沙发
songchenping| | 2015-11-1 10:30 | 只看该作者
学习了。

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板凳
kkzz| | 2015-11-5 21:33 | 只看该作者
这个电源啸叫不是外部干扰吗

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地板
sunmay2015| | 2015-11-11 13:57 | 只看该作者
学习了,

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5
pmp| | 2015-11-17 15:21 | 只看该作者
这个有用的。

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6
pmp| | 2015-11-17 15:33 | 只看该作者
啸叫真的不好。

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7
i1mcu| | 2015-11-19 22:10 | 只看该作者
这个能解决了吗?

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8
i1mcu| | 2015-11-19 22:13 | 只看该作者
我们实验的时候,电源啸叫一般影响不是很严重。

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9
isseed| | 2015-11-21 19:48 | 只看该作者
这个效果怎么样

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10
isseed| | 2015-11-21 19:51 | 只看该作者
导致啸叫的因素太多了。

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11
isseed| | 2015-11-21 19:53 | 只看该作者
   1、由于开关电源的工作流程里,有高频的部分,有些厂家为了让不达标的变压器提供高功率,就提高频率,造成高频变压器的硅钢片共振。
       2, 显卡的问题。简单的说,显卡需要大电流,拉低了12V电压,电源加大输出,补偿之,补偿后12V升高,按照P=UI,显卡PWM电路输入电流会略有下降,12V电压又升回去,稍微高了点。电源又减少输出,想把12V降低点。。。。。无奈又降过了头,显卡又想要更多的能量。

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12
isseed| | 2015-11-21 19:54 | 只看该作者
电容产生的噪音:说浅白点,电容就是在介电物质边上的两个电极,这两个电极在电路里会被施加交变的电场,任何物质在交变电场的作用下都会产生形变,或者叫做电致伸缩,还有压电效应,形变程度与电场变化强度成正比。开关电源里面有不少陶瓷电容,这些就是噪音可能的来源。

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13
isseed| | 2015-11-21 19:59 | 只看该作者
变压器产生的噪音:正常变压器噪音有:1、磁芯在交变磁场中产生相互吸引力而移动,如EI、EE变压器会周期性的压迫磁芯接面的粘胶;2、磁芯中气隙存在使磁芯吸引力方向产生弯曲形变;3、磁致伸缩,磁芯材料尺寸随磁通密度的变化而变化;4、线圈的移动,线圈中通的电流使线圈不同匝之间产生作用力并移动。以上都是正常开关变压器在工作时因产生机械运动而带来的噪音。

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14
isseed| | 2015-11-21 20:00 | 只看该作者
电源内部是不是有元件固定不好,元件间相互触碰,外围元件性质发生恶化导致电路工作频点变化,如PFC电路工作在100Khz,PWM工作也工作在100Khz,当某个频率发生偏离时两个电路的频率差落入音频范围亦有可能通过其他元件产生噪音。

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15
isseed| | 2015-11-21 20:01 | 只看该作者
开关电源里头的主要噪音来源就是变压器,变压器里面的噪音产生因素相互作用,形成了比单一噪音源更复杂的噪音体系,如果由于开关电源工作模式(正激/反激/推挽/全桥)和机械结构等一系列成因使在人耳可听频段上存在共振频点,那么就十分容易产生扰人的噪音。

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16
isseed| | 2015-11-21 20:02 | 只看该作者
基于变压器噪音产生的机理,就是部件之间存在可移动的空间,从这方面着手,在材料上、结构上我们可以采取不少措施降低噪音,现在的变压器在制造完成后都会进行环氧树脂灌封,目的就是用粘胶剂填充线圈与线圈之间、线圈与骨架之间、骨架与磁芯之间的固有空隙,降低活动部件发生位移的可能。

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17
isseed| | 2015-11-21 20:03 | 只看该作者
磁芯中气隙的存在,可能会产生噪音,这里的气隙,可能是变压器磁芯设计时为了增大抗饱和力而加入的气隙,也有可能是变压器磁芯在加工时局部碎裂产生的气隙。后者在运输时、加电工作一段时间后破碎情况可能加剧,一旦这些裂缝变得明显或者粘胶无法对其进行紧固时而互相碰撞,就可能形成一个明显的噪音源。

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18
isseed| | 2015-11-21 20:05 | 只看该作者
在开关电源负载发生变化的时候,变压器的磁通密度也发生变化,噪音频率可能会跨越共振点而使噪音强度变得明显,设计不好、制作有瑕疵的变压器在输出功率增大而趋于饱和时也会产生很明显的噪音。

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19
isseed| | 2015-11-21 20:06 | 只看该作者
PWM控制IC反馈环路中因斜率补偿不合适、电流取样点变化了等原因而发生次谐波振荡如果频率下降较多也能使人耳可闻。

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20
isseed| | 2015-11-21 20:07 | 只看该作者
开关电源并不是将“完全没有高频噪声”作为技术指标之一,在对品质要求严格的军品、工业品当中,对可靠性的要求也胜过高频噪声这类皮毛;品牌商用PC的OEM电源静音固然好,也只是要求和其它固定的配件配合后过噪音测试,而不是要求与任何主板/CPU/显卡搭配都不出这种问题(事实上商用机功耗低显卡低,也极少遇到此类问题),即便遇到过不了噪音测试的高频声,也在出货之前解决了。

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