隨著筆記本電腦、手機(jī)等設(shè)備的普及,由電容器振動(dòng)所產(chǎn)生的“嘯叫”問題越來越多的受到人們的關(guān)注,如何優(yōu)化各電源架構(gòu)的電容嘯叫,讓電容閉嘴,是一個(gè)有趣的問題。
MLCC電容器發(fā)生嘯叫主要是由陶瓷的壓電效應(yīng)引起的,MLCC電容器由于其特殊的結(jié)構(gòu),當(dāng)施加在兩端的電場(chǎng)變換時(shí),可以引起成比例的機(jī)械應(yīng)力的變化,此為逆壓電效應(yīng),當(dāng)振動(dòng)頻率落入人耳聽覺范圍內(nèi)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生噪音,即所謂的“嘯叫”。正壓電效應(yīng)相反,是受到力的作用,產(chǎn)生電場(chǎng)的過程。
無論是筆記本電腦還是手機(jī),對(duì)電源的要求越來越高,通常在電源網(wǎng)絡(luò)上并聯(lián)大量的MLCC電容,如BUCK、BOOST架構(gòu)的電源,當(dāng)設(shè)計(jì)異�；蛘哓�(fù)載工作模式異常時(shí),就很容易產(chǎn)生“嘯叫”。
在筆記本電腦中,當(dāng)電腦處于休眠狀態(tài),或者啟動(dòng)攝像頭時(shí),容易產(chǎn)生嘯叫。
在手機(jī)中, 典型的一個(gè) 是GSM所用的PA電源,此電源線上的特點(diǎn)是功率波動(dòng)大、波動(dòng)頻率為典型的217Hz,落入人耳聽覺范圍內(nèi)(20Hz～20Khz),當(dāng)GSM通話時(shí),用專用聽診器聽此電源線上的電容,很容易聽到“滋滋”嘯叫音。
如何抑制?
1． BUCK電源通常有PWM和PFM兩種工作模式。PWM工作模式時(shí)紋波小,用在負(fù)載功耗比較高的條件下,為了避免BUCK在PWM工作模式時(shí),給電容充電的開關(guān)頻率進(jìn)入人耳范圍內(nèi)引起嘯叫,有的電源的開關(guān)頻率會(huì)刻意避開20hz～20Khz這個(gè)開關(guān)頻率。
2． 當(dāng)電源處于輕載模式時(shí),會(huì)間歇性的工作,間歇性輸出幾個(gè)脈沖,這個(gè)間歇性脈沖的頻率,也有可能被人耳聽到。所以也要從電源或者負(fù)載的角度,來優(yōu)化PFM工作時(shí)間歇性脈沖的工作頻率,避免嘯叫。
3． 另一個(gè)是隱含的一個(gè)狀態(tài),在項(xiàng)目初期,系統(tǒng)往往不穩(wěn)定,負(fù)載在正常和低功耗模式之間反復(fù)切換,電源也容易在PWM和PFM兩個(gè)模式之間反復(fù)切換,這個(gè)切換的時(shí)隙,這也可能引起嘯叫,需要軟件優(yōu)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性,避免負(fù)載工作模式異常切換來避免嘯叫。
4． BUCK電感的飽和電流選取不合適時(shí),有可能使得輸出電流增加,會(huì)誤觸發(fā)電源進(jìn)入過流保護(hù),電源在正常工作模式和過流保護(hù)模式之間反復(fù)切換,也有一定可能性引起嘯叫,電感選取一定要合適。
5． 開關(guān)電源本身紋波就大,多相開關(guān)電源具有紋波小、電流大的優(yōu)點(diǎn),通過交錯(cuò)相位,可以有效減小電源的紋波進(jìn)而抑制嘯叫。
6． 抑制嘯叫,除了上述軟件、參數(shù)、架構(gòu)的修改之外,一個(gè)典型的方案是使用抗嘯叫電容,比如村田KRM系列和ZRB系列。
其特殊的結(jié)構(gòu)可降低電容器的嘯叫現(xiàn)象,可吸收由熱量和機(jī)械沖擊引起的應(yīng)力,實(shí)現(xiàn)高可靠性。相比于Ta電容,抗嘯叫MLCC電壓變動(dòng)⊿V比初期小7～22%。
7． 在布局的時(shí)候,也可以優(yōu)化布局,電容彼此之間交錯(cuò)排列,抑制振動(dòng)。
8． 甚至有的人提出了在電容旁邊挖槽,緩解嘯叫的方案。 |
