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開(kāi)關(guān)電源的嘯叫原因與解決辦法
來(lái)源:
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作者:pmoaf1d4f
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發(fā)布時(shí)間: 2017-04-27
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開(kāi)關(guān)電源控制著電路中開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持著穩(wěn)定的電路電壓輸出，是一種非常常見(jiàn)的電源設(shè)計(jì)。但是從事過(guò)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的人都知道，在對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到一些嘯叫聲，類(lèi)似于打高壓不良時(shí)發(fā)出的漏電音，或著像高壓拉弧的聲音。那么當(dāng)這些現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)如何解決他們呢？
通常來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源嘯叫的原因一般有下面幾種誘因：
1、PWM IC接地走線失誤
通常產(chǎn)品表現(xiàn)為會(huì)有部分能正常工作，但有部分產(chǎn)品卻無(wú)法帶載并有可能無(wú)法起振的故障，特別是應(yīng)用某些低功耗IC時(shí)，更有可能無(wú)法正常工作。比如SG6848試板，由于當(dāng)初沒(méi)有透徹了解IC的性能，憑著經(jīng)驗(yàn)便匆匆layout， 結(jié)果試驗(yàn)時(shí)竟然不能做寬電壓測(cè)試。
2、變壓器浸漆不良
包括未含浸凡立水。嘯叫并引起波形有尖刺，但一般帶載能力正常，特別說(shuō)明：輸出功率越大者嘯叫越強(qiáng)，小功率者則表現(xiàn)不一定明顯。一款72W的充電器產(chǎn)品中就有過(guò)帶載不良的經(jīng)驗(yàn)，并在此產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)對(duì)磁芯的材質(zhì)有著嚴(yán)格的要求。補(bǔ)充一點(diǎn)，當(dāng)變壓器的設(shè)計(jì)欠佳時(shí)，也有可能工作時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生異響。
3、光耦工作電流點(diǎn)走線失誤
當(dāng)光耦的工作電流電阻的位置連接在次級(jí)濾波電容之前時(shí)，也會(huì)有嘯叫的可能，特別是當(dāng)帶載越多時(shí)更甚。
4、基準(zhǔn)穩(wěn)壓IC TL431的接地線失誤
同樣的次級(jí)的基準(zhǔn)穩(wěn)壓IC的接地和初級(jí)IC的接地一樣有著類(lèi)似的要求，那就是都不能直接和變壓器的冷地?zé)岬叵噙B接。如果連在一起的后果就是帶載能力下降并且嘯叫聲和輸出功率的大小呈正比。
當(dāng)輸出負(fù)載較大，接近電源功率極限時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器可能會(huì)進(jìn)入一種不穩(wěn)定狀態(tài)。前一周期開(kāi)關(guān)管占空比過(guò)大，導(dǎo)通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，通過(guò)高頻變壓器傳輸了過(guò)多的能量;直流整流的儲(chǔ)能電感本周期內(nèi)能量未充分釋放，經(jīng)PWM判斷，在下一個(gè)周期內(nèi)沒(méi)有產(chǎn)生令開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，或占空比過(guò)小。開(kāi)關(guān)管在之后的整個(gè)周期內(nèi)為截止?fàn)顟B(tài)，或者導(dǎo)通時(shí)間過(guò)短。儲(chǔ)能電感經(jīng)過(guò)多于一整個(gè)周期的能量釋放，輸出電壓下降，開(kāi)關(guān)管下一個(gè)周期內(nèi)的占空比又會(huì)較大……如此周而復(fù)始，使變壓器發(fā)生較低頻率（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(dòng)，發(fā)出人耳可以聽(tīng)到的較低頻率的聲音。
同時(shí)，輸出電壓波動(dòng)也會(huì)較正常工作增大。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)間歇性全截止周期數(shù)量，達(dá)到總周期數(shù)的一個(gè)可觀比例時(shí)，甚至?xí)钤竟ぷ髟诔曨l段的變壓器振動(dòng)頻率降低，進(jìn)入人耳可聞的頻率范圍，發(fā)出尖銳的高頻“哨叫”。此時(shí)的開(kāi)關(guān)變壓器工作在嚴(yán)重的超載狀態(tài)，時(shí)刻都有燒毀的可能——這就是許多電源燒毀前“慘叫”的由來(lái)，相信有些用戶(hù)曾經(jīng)有過(guò)類(lèi)似的經(jīng)歷。
5、空載或者負(fù)載很輕時(shí)
當(dāng)這種情況時(shí)開(kāi)關(guān)管也有可能出現(xiàn)間歇性的全截止周期，開(kāi)關(guān)變壓器同樣工作在超載狀態(tài)，同樣非常危險(xiǎn)。針對(duì)此問(wèn)題，可通過(guò)在輸出端預(yù)置假負(fù)載的方法解決，但在一些“節(jié)省”的或大功率電源中仍偶有發(fā)生。
6、當(dāng)不帶載或者負(fù)載太輕時(shí)
變壓器在工作時(shí)所產(chǎn)生的反電勢(shì)不能很好的被吸收。這樣變壓器就會(huì)耦合很多雜波信號(hào)到的繞組。這個(gè)雜波信號(hào)包括了許多不同頻譜的交流分量。其中也有許多低頻波，當(dāng)?shù)皖l波與你變壓器的固有振蕩頻率一致時(shí)，那么電路就會(huì)形成低頻自激。變壓器的磁芯不會(huì)發(fā)出聲音。我們知道，人的聽(tīng)覺(jué)范圍是20--20KHZ。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，一般都加上選頻回路。以濾除低頻成份。最好是在反饋回路上加一個(gè)帶通電路，以防止低頻自激。或者是將開(kāi)關(guān)電源做成固定頻率的即可。
通常來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源嘯叫的原因一般有下面幾種誘因：
1、PWM IC接地走線失誤
通常產(chǎn)品表現(xiàn)為會(huì)有部分能正常工作，但有部分產(chǎn)品卻無(wú)法帶載并有可能無(wú)法起振的故障，特別是應(yīng)用某些低功耗IC時(shí)，更有可能無(wú)法正常工作。比如SG6848試板，由于當(dāng)初沒(méi)有透徹了解IC的性能，憑著經(jīng)驗(yàn)便匆匆layout， 結(jié)果試驗(yàn)時(shí)竟然不能做寬電壓測(cè)試。
2、變壓器浸漆不良
包括未含浸凡立水。嘯叫并引起波形有尖刺，但一般帶載能力正常，特別說(shuō)明：輸出功率越大者嘯叫越強(qiáng)，小功率者則表現(xiàn)不一定明顯。一款72W的充電器產(chǎn)品中就有過(guò)帶載不良的經(jīng)驗(yàn)，并在此產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)對(duì)磁芯的材質(zhì)有著嚴(yán)格的要求。補(bǔ)充一點(diǎn)，當(dāng)變壓器的設(shè)計(jì)欠佳時(shí)，也有可能工作時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生異響。
3、光耦工作電流點(diǎn)走線失誤
當(dāng)光耦的工作電流電阻的位置連接在次級(jí)濾波電容之前時(shí)，也會(huì)有嘯叫的可能，特別是當(dāng)帶載越多時(shí)更甚。
4、基準(zhǔn)穩(wěn)壓IC TL431的接地線失誤
同樣的次級(jí)的基準(zhǔn)穩(wěn)壓IC的接地和初級(jí)IC的接地一樣有著類(lèi)似的要求，那就是都不能直接和變壓器的冷地?zé)岬叵噙B接。如果連在一起的后果就是帶載能力下降并且嘯叫聲和輸出功率的大小呈正比。
當(dāng)輸出負(fù)載較大，接近電源功率極限時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器可能會(huì)進(jìn)入一種不穩(wěn)定狀態(tài)。前一周期開(kāi)關(guān)管占空比過(guò)大，導(dǎo)通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，通過(guò)高頻變壓器傳輸了過(guò)多的能量;直流整流的儲(chǔ)能電感本周期內(nèi)能量未充分釋放，經(jīng)PWM判斷，在下一個(gè)周期內(nèi)沒(méi)有產(chǎn)生令開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，或占空比過(guò)小。開(kāi)關(guān)管在之后的整個(gè)周期內(nèi)為截止?fàn)顟B(tài)，或者導(dǎo)通時(shí)間過(guò)短。儲(chǔ)能電感經(jīng)過(guò)多于一整個(gè)周期的能量釋放，輸出電壓下降，開(kāi)關(guān)管下一個(gè)周期內(nèi)的占空比又會(huì)較大……如此周而復(fù)始，使變壓器發(fā)生較低頻率（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(dòng)，發(fā)出人耳可以聽(tīng)到的較低頻率的聲音。
同時(shí)，輸出電壓波動(dòng)也會(huì)較正常工作增大。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)間歇性全截止周期數(shù)量，達(dá)到總周期數(shù)的一個(gè)可觀比例時(shí)，甚至?xí)钤竟ぷ髟诔曨l段的變壓器振動(dòng)頻率降低，進(jìn)入人耳可聞的頻率范圍，發(fā)出尖銳的高頻“哨叫”。此時(shí)的開(kāi)關(guān)變壓器工作在嚴(yán)重的超載狀態(tài)，時(shí)刻都有燒毀的可能——這就是許多電源燒毀前“慘叫”的由來(lái)，相信有些用戶(hù)曾經(jīng)有過(guò)類(lèi)似的經(jīng)歷。
5、空載或者負(fù)載很輕時(shí)
當(dāng)這種情況時(shí)開(kāi)關(guān)管也有可能出現(xiàn)間歇性的全截止周期，開(kāi)關(guān)變壓器同樣工作在超載狀態(tài)，同樣非常危險(xiǎn)。針對(duì)此問(wèn)題，可通過(guò)在輸出端預(yù)置假負(fù)載的方法解決，但在一些“節(jié)省”的或大功率電源中仍偶有發(fā)生。
6、當(dāng)不帶載或者負(fù)載太輕時(shí)
變壓器在工作時(shí)所產(chǎn)生的反電勢(shì)不能很好的被吸收。這樣變壓器就會(huì)耦合很多雜波信號(hào)到的繞組。這個(gè)雜波信號(hào)包括了許多不同頻譜的交流分量。其中也有許多低頻波，當(dāng)?shù)皖l波與你變壓器的固有振蕩頻率一致時(shí)，那么電路就會(huì)形成低頻自激。變壓器的磁芯不會(huì)發(fā)出聲音。我們知道，人的聽(tīng)覺(jué)范圍是20--20KHZ。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，一般都加上選頻回路。以濾除低頻成份。最好是在反饋回路上加一個(gè)帶通電路，以防止低頻自激。或者是將開(kāi)關(guān)電源做成固定頻率的即可。
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