浅谈DC-DC电源中的啸叫问题

  1. 问题背景:选用一颗带载能力1A的DC-DC电源芯片,在带载35mA时出现啸叫的现象,该产品是安装在汽车驾驶室内,会影响乘客的体验。
  2. 问题分析:人耳正常听力范围是20Hz-20KHz,电源芯片设计的是500KHz,应该不在人耳范围以内,但是出现了该问题,电源电路如下图所示:

    测试电源芯片SW管脚处电平波形如下图所示,黄色是FB信号,蓝色是SW信号,SW未出现500KHz的方波,出现类似轻载现象。
  3. 我们对照电源设计,对比电路设计和规格书发现,当SYNC接地或者悬空时,该电源芯片在轻载时为了提升开关电源效率,会进入AAM模式,怀疑因为DC-DC进入AAM模式,导致

    发生啸叫现象,我们将DC-DC电源的后端负载断开,重新接入0.5A负载,重新测试,发现出现了500KHz开关电源频率,同时啸叫现象消失。至此,可以判断啸叫现象来源于DC-DC电源的轻载,为什么轻载时会出现啸叫现象呢。会引起啸叫的元器件主要包括以下:电容,电感。电感会因为磁致伸缩现象,漏磁通现象,以及非一体成型电感引起啸叫现象,这次选用的电感是一体成型电感,出现啸叫的可能性较低,我们先考虑电容因素,电容因为压电效应的存在,当出现20Hz-20KHz电流信号时,陶瓷的强介电性会引起压电效应,叠层电容在施加交流电之后,会在叠层方向(Z轴)发生伸缩。

    因为介电体的泊松比(横向变形系数)一般为 0.3,所以与叠层方向(Z轴)垂直的方向(X与Y轴),即与电路板平行的方向也会发生伸缩,结果导致电路板表面产生振动并能够听到声音。虽然电容器以及电路板的振幅仅为 1pm——1nm,但振动声音已足够大到我们可以听见,会听到类似“叽”的声音。为了解决电容引起的啸叫现象,抑制电容啸叫的主要措施是抑制或者抵消PCB的形变。比如,可以将引起啸叫的电容在同一面,以不同的角度摆放;或者将其在正反两面,正对着摆放;还有,可以选择带支架的电容器,当然这会增加成本。
  4. 问题解决:当我们将两颗22uf的陶瓷电容更换为电解电容时,发现啸叫现象消失,但是考虑到产品限高的问题,我们无法替换为电解电容,而且也没有办法将两颗并联的电容放置在不同面,我们可以采用EMC的解决方法,源,堵,疏,1.)问题的源头是开关电源轻载引起的,我们更改芯片的工作模式,即将SYNC管脚拉高,即将芯片设置为CCM模式,啸叫现象消失;2.)选用电容疏通或者磁珠,电感堵住干扰信号,电容或者电感,磁珠也可能引起新的啸叫,我们暂不考虑两种方式。最终,我们选用了将开关电源切换为CCM模式。

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  • 朝哥 05-09 12:24
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  • 李腾 04-25 23:09
    写的不错
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  • apaqi0 04-23 18:04
    不错
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  • domen 04-23 11:17
    可以 不错
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  • dy-lyd1vZ59 04-10 15:31
    不错
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  • dy-Bu9Vxudd 04-09 21:33
    写的不错
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