关于开关电源音频噪声处理的一点经验

最近看到论坛很多人在问关于音频噪声的问题，刚好本人以前也有碰到不少同样的情况，也有做过笔记，现在翻出来整理下，希望对一些碰到该问题网友有帮助。

音频噪声一般指开关电源自身在工作的过程中产生的，能被人耳听到频率为20-20kHz的音频信号

主要有以下几种来源：

一：变压器产生的音频噪声

变压器是主要的音频噪声源。

1：磁致伸缩效应，磁芯材料的尺寸随磁通密度变化

3：磁芯中间存在的气隙，可使磁芯吸引力方向产生弯曲。

2：线圈移动，绕组间存在交变电流效应，产生吸引力和排斥力，使线圈反复移动

4：磁芯两部分在交流磁场中的相互吸引力使其产生移动，反复压迫接触面

5：骨架移动，磁芯片的位移可通过骨架传送和放大。

在以上几种移动源共同作用下，形成了比较复杂的机械系统，它能产生在人耳听力范围内的音频信号。

以下简单讲解能有效衰减各种机制产生的音频噪声的常见方法。

首先变压器要采用均匀浸渍，从而能有效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性，必要时可以再磁性元件与线路板接触面填充白胶或喷涂三防漆，进一步减小机械振动的空间，有效降低噪声。

在条件允许的情况下尽量降低峰值磁通密度，要充分考虑高温时的饱和磁通密度，留足够余量防止工作曲线进入非线性区，可以有效降低变压器的音频噪声，有实验证明峰值磁通密度从3000高斯降为2000高斯即可将发出的噪音降低5 dB到15dB

条件允许可以使用非晶、超微晶合金等软磁材料，它们的磁均匀一致性远比一般铁氧体好得多，磁致伸缩效应趋于零，因此对应力不敏感

二：电容产生的音频噪声

通常为了抑制电磁干扰和减小器件电压应力，开关电源一般采用RC、RCD等吸收电路,吸收电容常常选用高压陶瓷电容，而高压陶瓷电容是由非线性电介质钛酸钡等材料制成，电致伸缩效应比较明显，在周期性尖峰电压的作用下，电介质不断发生形变从而产生音频噪声。

解决的方法是把吸收回路用的高压陶瓷电容换成电致伸缩效应很小的聚脂薄膜电容，这样可以基本消除电容产生的噪声。

三：电路振荡产生的音频噪声

当电源在工作过程中有问歇式振荡产生时，会引起线圈磁芯间歇式振动，当此振荡频率接近绕变压器的固有振荡频率时，易引发共振现象，此时将产生人耳所能听到的音频噪声。

电路振荡产生的原因有很多，下面简单讲解：

1：PCB设计不当

A）功率大电流地线与控制回路地线共用同一走线，由于PCB覆铜线并非理想导体，它总是可以等效成电感或电阻，当功率电流流过了和信号控制回路共用的PCB线，在PCB上产生电压降落，特别是采用多点接地时，由于控制电路各节点分散在不同位置，功率电流引起的电压降对控制电路叠加了扰动，使电路发出噪音，这问题通常采用单点接地可以得到改善

B）芯片VCC电源走线过长、或离高dt/di大电流走线过近而受到干扰，这问题一般可通过在靠近芯片VCC引脚加个104瓷片去耦电容器得到改善

关于PCB走线的一些需要注意的地方总结：

信号线必须尽可能地短，并且远离MOS管漏极走线以防止噪声耦合，信号地独立布线,尽可能与功率地分离. 光耦地，Vcc地，Y电容地分开,反馈脚电容尽可能靠近IC.。

将电源和地平行布置。将敏感及高频的走线尽量远离高扰的电源走线。

加宽电源和地的走线来减小电源线和地线之间的阻抗。

最小化由漏极、箝位和变压器构成的环路区域

最小化由次级绕组、输出二极管和输出滤波电容构成的环路区域增加走线之间的距离来减小电容耦合的串扰。

2：反馈设计不当

比如带宽设置过宽、相位余量不足，解决的方法可以试着把带宽压一压，

有些设计为了提高瞬态响应，带宽过宽对高频干扰的印制就会减弱，盲目提高带宽是不可取的。

四：阶跃负载产生的音频噪声

有些开关电源在全程变换负载测试时会产生音频噪声。例如通信行业在开关电源的测试标准中，动态负载被定义为周期1 ms、斜率0．1 A／ s，按照25％-50％—_25％和75％—_50％一75％两种变化规律的阶跃负载，以正激变换器为例，输出电感的电流由输出脉动电流和阶跃电流两部分组成，脉动电流的频率和开天电源的工作频率相同，一般不会产生音频噪声，而阶跃电流的周期和给定阶跃负载的周期一致，当输出电容比较小，阶跃电流dt/di变化率过高，这时也会产生音频噪声解决的方法是增加输出电容，由于电源内部体积的限制，输出电容一般也不可能很大，这时也可以试着延缓环路的反应时间，相应也就减小了电流变化率，从而起到一定的抑制的作用。但需要注意的是，延缓环路的反应时间会使输出电压的过冲或跌落会大很多，这也是一个需要折中考虑的问题。