本帖最后由 sinasun 于 2023-2-19 17:29 编辑
在电子产品设计中，电感使用的比较少，但是是关键器件。尤其是电源类的产品，更是不可或缺的器件。 使用PI的在线设计软件，对于一款5V-2A的开关电源，有输入共模电感，输入差模电感，变压器，输出共模电感等等。都是电感类器件，电感在开发设计中，有一个现象，就是啸叫。有时候有经验的老师傅会说，啸叫就啸叫，只要电压电流温度指标符合要求，就不要管了。 但是其发出啸叫的原因是什么？硬件工程师又是否需要解决电感啸叫问题？在这里就做一个浅显的讨论。在自然世界里，人的耳朵能听到的声音频率介于20Hz-200Hz间，如果听到了声音，那肯定电感两端的开关激励电流频率在20HZ-20KHZ左右。
电感啸叫的原因之一是机械震动产生的，电感固定的不够好就形成空腔噪声。当电流通过电感时，电感线圈产生的磁场会引起线圈位置移动，电流消失时，位置又会恢复。如果电感线圈没有固定，恰有开关激励电流频率介于20Hz-200Hz间，电感线圈因为循环往复的位置变化振动和压缩周边空气，容易形成耳朵可以听见的空腔噪声，即电感啸叫。 在正常开关周期，开关频率高于20KHz，电感在不停的充电放电，线圈会充磁去磁，线圈也会产生位移。此时线圈也是会发出声音，此时的声音频率是高于20Khz，人耳朵是听不到的。使用专业的设备是可以测试到此类开关频率产生的超声波的声音。一般AC-DC开关电源的开关频率在60KHz到100KHz左右，DC-DC的开关频率都是几百KHz，只要开关电源电路工作在正常的负载模式，开关频率稳定，人耳是听不到电感发出的啸叫。 电感啸叫的另一个原因就是由于电源负载不稳定的工况，尤其是DC-DC开关电源，是比较容易听到功率电感的啸叫。尽管开关频率不在人耳能听到的声音频率20HZ-20KHZ，但由于负载不稳定，开关频率也不是理想设定的IC开关频率，产生了20Hz-200Hz左右的噪声，也就是被听到的电感啸叫。下面是实际的开关电源实物板子。 DC-DC电路功率电感啸叫的原因是负载电流过大，而此时功率电感已经饱和，电感值变小，电感的充放电电流速度迅速变大，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“啸叫”。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。而停止和恢复切换频率恰恰在20Hz-200Hz间，于是产生电感啸叫。 第三个原因就是电感是磁芯发生发生磁致伸缩，而推动电感磁芯磁致伸缩的电流纹波频率范围恰恰处于20HZ-20KHZ左右。这个问题呀处理起来就比较复杂的，需要对磁芯材料的特性掌握的很清楚。实际产品开发中，需要电感供应商一起推动问题的解决。 以上就是分析电感啸叫的三个原因，一是制作，二是线圈，三是磁芯。 知道了原因，就需要在电感发生啸叫后，去怎么解决电感啸叫问题？针对原因去找解决方案 对于电感制作不良的啸叫，将电感浸胶后，用真空箱抽空胶内气泡，即可固定线圈，解决因为电感不固定形成的电感啸叫（:浸胶采用环氧脂类的硬质灌封材料为佳） 对于线圈流过电流的开关频率的啸叫，一是降低负载电流。二是选用更大的饱和电流的电感；对于磁芯的问题，直接替换啸叫电感，换一个饱和功率更大的电感或更换功率稍大的DC-DC芯片，比去研究磁性材料更快捷；
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