在目前日益發(fā)展的電子應(yīng)用技術(shù)行業(yè)，我們對電子產(chǎn)品的要求也越來越高；其實是整個行業(yè)的規(guī)范化，電子產(chǎn)品的標(biāo)準不斷的升級；比如我們家庭的TV產(chǎn)品工作時（靜音狀態(tài)下）有【嗡】的低頻噪音，也有的在耳朵貼近電視時才能聽到；這種噪音對聽覺敏感的人很容易聽到，我們來通過測試和分析哪些地方會是噪音的源頭呢？結(jié)果是：變壓器和電感器件是我們分析最多的情況；

我們通過噪音室抵近電路板進行近距離測試時，測試在電子產(chǎn)品中，高壓的電子線路電容和磁性元件能產(chǎn)生聲響。當(dāng)他們工作在一定的頻率范圍會影響人類的聽覺。如下波形說明：

開關(guān)電源電路運行＞20KHZ  基本無噪音。

開關(guān)電源電路運行20HZ－－20KHZ  系統(tǒng)出現(xiàn)可聽噪音。

1． 反激系統(tǒng)中的高壓瓷片電容－通常的壓電效應(yīng)產(chǎn)生的主導(dǎo)機制，出現(xiàn)電容器噪音；如下圖示位置：

在電子產(chǎn)品的開關(guān)電源系統(tǒng)中，電容鉗位電路在大電壓場合最有可能產(chǎn)生可聞噪聲。要確定是否陶瓷電容器是一種噪音的主要來源，更換一個具有不同介質(zhì)的。塑料薄膜電容器是最具成本效益的替代品。注意，以確保更換經(jīng)得起重復(fù)峰值電流和電壓應(yīng)力。電容器還可以產(chǎn)生可聞噪音，因為他們的壓電特征。取代了陶瓷電容器薄膜電容器，如下圖所示，可聽噪聲可減少！最簡單的方法是替換法！

2．變壓器工作出現(xiàn)的噪音，在電子產(chǎn)品中無論使用哪種開關(guān)拓撲的工作方式；無論工作在哪種狀態(tài)，變壓器噪音均會存在！對于開關(guān)電源系統(tǒng)的產(chǎn)品：

主要是由于變壓器的激磁成分中含有低頻振蕩，使得磁芯的磁分子在這個低頻磁場下運動，產(chǎn)生機械振動，從而引起周圍空氣的振動。

由于人耳的可聞頻率大約在20Hz到20kHz，如果這個空氣的振動在此范圍內(nèi)，最終傳到人耳朵而被聽見。

電子產(chǎn)品中電源變壓器發(fā)生噪音的原因主要有四個方面：

變壓器的工藝問題、變壓器的環(huán)路問題、變壓器的鐵心問題以及開關(guān)電源的負載問題，下面一一分析。

（1）變壓器的工藝問題

①浸漆烘干不到位，導(dǎo)致磁芯不牢固引起機械振動而發(fā)出響聲；

②氣隙的長度不適合，導(dǎo)致變壓器的工作狀態(tài)不穩(wěn)定而發(fā)出響聲；

③線包沒有繞緊也可能導(dǎo)致響聲；

④磁芯組合有氣隙存在，高頻時引起空氣振動而發(fā)出響聲（變壓器如果經(jīng)過完全含浸，一般不會發(fā)聲）。

⑤點膠和含浸，中柱點膠，磁芯結(jié)合處與骨架或線包必須連接！點膠量及烘烤時間控制。

（2）變壓器的環(huán)路問題

變壓器的環(huán)路問題即指變壓器的環(huán)路發(fā)生振蕩從而引起變壓器發(fā)生嘯叫。

①電路板布線不當(dāng)，從而造成干擾引發(fā)振蕩，導(dǎo)致響聲；

②反饋回路參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致環(huán)路不穩(wěn)定以致產(chǎn)生振蕩而發(fā)出響聲；

③環(huán)路中元器件的質(zhì)量問題，如輸入濾波電容容量不足，輸出整流快恢復(fù)二極管反向恢復(fù)時間太長，功率MOS開關(guān)速度設(shè)計出現(xiàn)掉溝現(xiàn)象等等，這些問題都有可能導(dǎo)致震蕩而引起噪音。

以FLY為例：參考PCB設(shè)計圖如下：

初級接地規(guī)則：

A．連接方法為所有小信號GND與控制IC的GND相連后，與輔助繞組的輸出電容地相連，然后與輔助繞組的地相連，再連接到Power GND（即大信號GND）；

注意不好的設(shè)計容易出現(xiàn)EMS－Surge及系統(tǒng)噪音的問題！

B．反饋信號要獨立走到IC，反饋信號的GND與IC的GND 相連。

次級接地規(guī)則：

a． 輸出小信號地與相連后，與輸出電容的的負極相連；

b． 輸出采樣電阻的地要與基準源（TL431）的地相連。

（3）變壓器的鐵芯問題；

變壓器鐵心發(fā)生飽和時，線圈中電流增大，變壓器發(fā)熱并產(chǎn)生自激震蕩，線圈的振蕩引起周圍空氣的振動從而發(fā)出噪音。

通常的做法：增強設(shè)計開發(fā)技術(shù)，以減少發(fā)聲噪音

選擇合適的磁芯，合適的控制IC技術(shù)，設(shè)計合適的磁通擺幅即：設(shè)計變壓器的機械振動的振幅密切相關(guān)的磁通擺動。高峰磁通密度從3000高斯到2500高斯以下對噪音提供一個明顯的好處；參考如下計算公式：

其中Lm為變壓器電感，Ibp是工作時峰值開關(guān)電流，Ae是磁芯橫斷面面積，NP是變壓器初級設(shè)計圈數(shù)。在公式中可以看到，變壓器磁通量變化擺動減少：可調(diào)整Np，Ae，Lm，可減少音頻噪聲的結(jié)果。

如需設(shè)計細節(jié)可參考我的：《開關(guān)電源關(guān)鍵器件及EMC設(shè)計》

（4）開關(guān)電源的負載問題

①開關(guān)電源在空載或輕載的情況下，在某些工作點處會發(fā)生振蕩現(xiàn)象，表現(xiàn)為變壓器的噪音和輸出的不穩(wěn)定。

發(fā)生這種現(xiàn)象是由于空載／輕載時，開關(guān)瞬時開通時間過大從而造成輸出能量太大，進而電壓過沖也很大，需要較長的時間去恢復(fù)到正常電壓，因此開關(guān)需停止工作一段時間，這樣開關(guān)就工作于間歇性工作模式，使變壓器工作在較低頻率（有規(guī)律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率）的振動。選擇合適的IC是設(shè)計的關(guān)鍵！

②變壓器工作在較深的過載情況，如果沒有保護措施；會有燒毀的情況！

3．電感器件出現(xiàn)噪音；在電子產(chǎn)品中我以BUCK為例進行分析；

根據(jù)BUCK控制IC芯片的不同和外圍電路的不同，解決方法也各不相同，本文檔的宗旨是分析電感噪音的根本原因，并綜合各種不同的解決方法，供學(xué)習(xí)參考和借鑒。

①       上端BUCK的控制設(shè)計－LED背光驅(qū)動設(shè)計電路

我們先來分析電路關(guān)鍵器件對性能參數(shù)的影響；

采樣電阻R＝R923／／R922／／R941／／R942；該電阻的作用是檢測輸出電流，當(dāng)輸出電流超過閥值時，將控制輸出PWM脈沖寬度進行調(diào)整，保持輸出電流恒定。IC－7Pin ＆ 8Pin通過外部的PWM（150HZ－300HZ）來進行PWM調(diào)光控制；IC－14Pin－RT為內(nèi)部震蕩電路的頻率調(diào)整電阻，電阻變小，則頻率升高，一般情況，輸出方波頻率等于該震蕩頻率。頻率越高輸出紋波越小。

L901電感量越大，則輸出紋波越小，紋波的大小還會影響到輸出調(diào)整的靈敏度，紋波越小，靈敏度越高，輸出越穩(wěn)定。受BUCK回路超快恢復(fù)續(xù)流二極管的反向恢復(fù)時間的影響，過大的電感器件其分布電容增大在電感上的開關(guān)電流尖峰電流也越大，會使L901電感容易產(chǎn)生噪音。如下測試Data：

測試過大的電感尖峰電流。

調(diào)整電感分布電容參數(shù)后的電感尖峰電流。

②電感噪音的原因所在及解決方法

A．電感噪音原因之一：周期性電流經(jīng)過電感線圈，產(chǎn)生交變磁場，該電感線圈在交變磁場作用下產(chǎn)生振動而發(fā)出聲音。

B．PWM－Dimming時BUCK電路輸出的開關(guān)電流的頻率接近或落入音頻范圍，或周期性方波群的周期頻率接近或落入音頻范圍。

C．非屏蔽性電感器件位置布局在金屬導(dǎo)體周圍，其開放性磁場的切割磁力線運動；在交變磁場作用下產(chǎn)生振動而發(fā)出聲音；如下圖設(shè)計：

850uH的工字型電感放置在板邊緣與金屬殼體高度距離過近＜5mm；通過調(diào)整位置或增加絕緣距離后，產(chǎn)品噪音消除！

①  電感噪音的解決方法

A．提高輸出開關(guān)電流的頻率。通過提高開關(guān)頻率保持紋波電流可以減小電感的感量，從而優(yōu)化電感器件的分布電容。

B．通過改善電感的繞制方法減小電感分布電容；電感改善工藝，減小振動噪音，如要求供應(yīng)商增加浸漆及空隙點膠的工序等。

C． 通過優(yōu)化設(shè)計控制電感在峰值電流的磁通密度＜2300高斯以下；參考上述的公式通用適應(yīng)用電感

其中Lm為設(shè)計電感量，Ibp是電感工作時峰值電流，Ae是磁芯橫斷面面積，NP是線圈圈數(shù)。在公式中可以得到，電感磁通量變化擺動減少：可調(diào)整Np，Ae，Lm，可減少音頻噪聲的結(jié)果。

調(diào)整合適的工作頻率及電感參數(shù)后；電子產(chǎn)品系統(tǒng)有最佳的效果！如下：

CH1：MOS－DRV  CH4：BUCK－L（電流）。

4．注意變壓器＆電感等感性器件其電感線圈品質(zhì)因數(shù)Q也比較關(guān)鍵的

Q值是衡量電感器件的主要參數(shù)．

Q值是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比．電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高．

品質(zhì)因數(shù)Q是反映線圈質(zhì)量的重要參數(shù)，提高線圈的Q值，

可以說是繞制線圈要注意的重點；高的Q值也會有更低的噪音問題！

對于感性器件提供給大家?guī)追N方法：同時對感性器件的噪音消除也有幫助！

A．根據(jù)工作頻率，選用線圈的導(dǎo)線及線徑

工作于低頻段的電感線圈，一般采用漆包線等帶絕緣的導(dǎo)線繞制。

工作頻率高于幾十KHZ，而低于1MHz的電路中，可采用多股絕緣的導(dǎo)線繞制線圈；這樣，可有效地增加導(dǎo)體的表面積，從而可以克服集膚效應(yīng)的影響，使Q值比相同截面積的單根導(dǎo)線繞制的線圈提高30％－50％。

在高頻電路中如果使用工字型電感的電路中，電感線圈應(yīng)采用單根導(dǎo)線繞制，導(dǎo)線的直徑一般為0．2mm－1．5mm。

采用間繞的電感線圈，常用鍍銀銅線繞制，以增加導(dǎo)線表面的導(dǎo)電性。

這時不宜選用多股導(dǎo)線繞制，否則線圈絕緣介質(zhì)及分布電容將引起額外的損耗，其效果反不如單根導(dǎo)線好。

B．選用優(yōu)質(zhì)的線圈骨架，減少介質(zhì)損耗

在頻率較高的場合，如為普通的線圈骨架，其介質(zhì)損耗顯著增加，因此應(yīng)選用高頻介質(zhì)材料，如高頻瓷、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等作為骨架，并采用間繞法繞制。

C．選擇合理的線圈尺寸

基本參數(shù)：繞組厚度t、繞組長度L和外徑D

外徑一定的單層線圈（φ20mm－30mm），當(dāng)繞組長度 L與外徑 D的比值 L／D＝0．7時，其損耗最??；

外徑一定的多層線圈L／ D＝0．2－0．5，用t／D＝0．25－0．1時，其損耗最小。

繞組厚度t、繞組長度L和外徑D之間

滿足3t＋2L＝D的情況下，損耗也最小。

采用屏蔽罩的線圈，其L／D＝0．8－1．2時最佳。

D．選定合理屏蔽罩的直徑

用屏蔽罩，會增加線圈的損耗，使Q值降低，因此屏蔽罩的尺寸不宜過小。

然而屏蔽罩的尺寸過大，會增大體積，因而要選定合理屏蔽罩的直徑尺寸。

當(dāng)屏蔽罩直徑Ds與線圈直徑 D之比滿足如下數(shù)值

即 Ds／D＝1．6－2．5時，Q值降低不大于10％。

E．采用合適的磁芯可使線圈圈數(shù)顯著減少

線圈中采用合適的磁芯，減少了線圈的圈數(shù)，可以減小線圈的電阻值及分布電容，有利Q值的提高，還可以縮小線圈的體積。

F．減小繞制線圈的分布電容

盡量采用無骨架方式繞制線圈，或者繞制在凸筋式骨架上的線圈，能減小分布電容15％－20％；

變壓器的分段繞法能減小多層線圈的分布電容的1／3～l／2。

對于多層線圈來說，直徑D越小，繞組長度L越小或繞組厚度t越大，則分布電容越小。

注意：經(jīng)過漫漬和封涂后的線圈，其分布電容將增大20％－30％。

5．變壓器及電感的分布電容也是處理噪音的關(guān)鍵

分布容易過大的原因如下：

A、繞組的繞幅過寬；

B、絕緣材料厚度〈漆皮厚度、層間絕緣膠帶的包覆〉；

C、磁芯材質(zhì)〈飽和磁感應(yīng)強度參數(shù)〉；

可以采用如下方法改善：

A、調(diào)整繞組的繞線與幅度〔增加線包的直徑、減小線包的高度〕；

B、降低漆皮線漆膜厚度；

C、層間絕緣膠帶包松；

D、選擇合適的飽和磁感應(yīng)強度磁芯；

對于變壓器的繞制設(shè)計推薦使用交錯式繞制方式最佳！

6．總結(jié)

我重點介紹了變壓器及電感器件噪音產(chǎn)生的根本原因，以及不同的解決方法及解決原理。對于變壓器及電感噪音的其它電路拓撲架構(gòu)問題，可以舉一反三，應(yīng)用于其它電路中?？傊?，處理問題的方法和技巧思路是大同小異的，具體的應(yīng)用參考對應(yīng)的電源電路和電源控制芯片的datasheet。