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高频高频开关电源在调试过程中出现电感啸叫该如何处理?

在测试高频开关电源电路时,明明看到电路是工作正常,可是有时候电感 总是会无故发出讨厌的滋滋声。通常这些电感啸叫很难追踪,不知道如何确定它来自哪里。要知道这些电感啸叫如何产生,我们可以先了解电感的频率特性入手。


  电感啸叫的原因是什么

在低频时,电感一般能蓄能,也有滤高频的特性。在低频应用时, 电感工作频率低于谐振频率时,电感值基本上仍可以保持稳定。

但在高频时,它的阻抗特性表现很明显。 (请留意不同的电感的高频特性可能不一样。) 如图一的Wurth Electronics 电感744029001 ,特别是工作频率超过谐振频率后,电感值将会先增大,达到一定频率后,突然迅速减小。如果耳朵能听到啸叫(吱吱声),可以肯定电感两端存在一个20Hz-20kHz左右(人耳可听范围内)的开关电流。

 高频高频开关电源在调试过程中出现电感啸叫该如何处理?

图1. Wurth Electronics电感744029001在工作频率时的阻抗特性表现


高频开关电源电路为了自身保护和高频开关电源的可靠性,大多都有 “限流保护电路”,如图2降压转换器使用限流保护电路。当高频开关电源空载或过载的时候,限流保护电路会立即调整开关占空比,或者立即停止开关工作,直到检测负载电流在标准范围内时,才重新启动正常的工作开关。这从停止开关到重启开关的时间周期正好是几kHz的频率,导致工作频率改变,低于设计值。

 高频高频开关电源在调试过程中出现电感啸叫该如何处理?

图2. 降压转换器使用限流保护电路


 第一招:改变高频开关电源频率  

如果电感的谐振频率在20Hz-20KHz之间,而工作频率在这范围内的时候,电感就会啸叫,人耳就能听见了。一般情况下,如果高频开关电源工作在额定负载,其工作频率高于与设计值(高于可听范围)相同,人耳是听不到的。

如果听见电感啸叫,可以尝试改变开关频率,尝试调节高于可听范围(20Hz - 20kHz)的开关频率以降低噪声。另外,亦可尝试降低负载电流或更换功率稍微大些的DC-DC转换器,改善负载电流过大的问题。

 高频高频开关电源在调试过程中出现电感啸叫该如何处理?

图3. 在Digi-Key 搜索器可以找到不同固定值电感 的谐振频率 (频率-自谐振)


 第二招:固定电路板上的电感  

如果电感已经焊在电路板上,但是电感线圈没用固定好,是可动的,这样或会引起电感啸叫。要防止,可以利用液体清漆或RTV硅树脂 ,涂在电感线圈上。

 高频高频开关电源在调试过程中出现电感啸叫该如何处理?

图4, LOCTITE 5145  的RTV硅树脂

如果电路板上将会用许多电感,可以先将铁芯和绕组真空压力上漆,把整个铁芯和绕圈都在漆里面,再固定在电路板上,这样都可以降低噪声。


 第三招:采用铁氧体磁芯  

当电感线圈隙中存有磁能时,会产生振动并产生噪声。这种噪声将来自电感器的气隙材料和磁路几何形状。根据负载情况,频率和部件变化,可听噪声的数量会有所不同。

如果是这情况,可考虑改用铁氧体磁芯 。铁氧体磁芯是主要由铁(Fe)、锰(Mn)和锌(Zn)三种金属元素组成,通常被称为锰锌铁氧体。环形铁氧体磁芯由于没有气隙,且截面积一致,因此磁效应很高。一般几百kHz的开关频率,铁氧体磁芯电感是没问题的。

 高频高频开关电源在调试过程中出现电感啸叫该如何处理?

图5. 在Digi-Key 搜索器可以找到不同铁氧体磁芯


 结论  

在高频开关电源电路,发现电感无故啸叫,可以尝试用以下方法消除:

1. 在应用中,改变开关频率,调节高于可听范围(20Hz - 20kHz)的开关频率以降低噪声。

2. 如果电感已经焊接在电路板上,可以在线圈上涂上液态清漆或RTV硅树脂,把电感粘牢。如果电路板上将会有用许多电感,可以先将铁芯和绕组真空上漆,这样都可以降低噪声。

3. 可考虑用铁氧体磁芯电感,一般几百kHz的开关频率,铁氧体磁芯电感是可以应用。

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