反激式電源中的常見噪聲來源及可操作的解決方案

反激變換器是輔助電源通常采用的電路拓?fù)洹Ｋ膬?yōu)點(diǎn)在于可以工作在非常廣闊的輸入電壓范圍，電路簡單，元件少，但效率一般在75%左右。盡管開關(guān)電源的工作頻率遠(yuǎn)超過人類的聽力范圍，但它們在特定的負(fù)載條件下仍會產(chǎn)生音頻噪聲。音頻噪聲的可能來源多種多樣。噪聲可以是設(shè)計(jì)缺陷(如振蕩輸出電壓)導(dǎo)致，或者由電容或變壓器等噪聲元件導(dǎo)致。在有些情況下，您所聽到的尖銳刺耳的噪鳴或嘶嘶聲可能就像風(fēng)扇在異常頻率下出現(xiàn)的搖蕩，或者由于電源靠近外部EMI源(熒光燈或電源插排)所導(dǎo)致。

本文將探討反激式電源中最常見的噪聲來源，并介紹可能的解決方案。下文中描述的所有操作程序都可以使用一個可程控交流電源供應(yīng)器或自耦變壓器和一個電子負(fù)載來完成。請記住，在有些情況下，您的電源所產(chǎn)生的噪聲水平可能非常低，如果該電源將在密閉殼體內(nèi)使用，那么音頻噪聲就不會構(gòu)成問題。

可能的噪聲源

反激式電源中最常見的噪聲源是噪聲元件。這種噪聲通常由陶瓷電容或鐵氧體變壓器磁芯產(chǎn)生。陶瓷電容中的噪聲通常由逆向壓電效應(yīng)造成。對介質(zhì)結(jié)構(gòu)施加電壓后，會引發(fā)機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變，造成材料變形。當(dāng)這種材料發(fā)生變形時(shí)，會排出周圍的空氣，從而產(chǎn)生噪聲。

由于在發(fā)生較大的電壓擺動時(shí)會出現(xiàn)逆向壓電效應(yīng)，因此設(shè)計(jì)師可以重點(diǎn)查找出現(xiàn)較高dV/dt擺幅的陶瓷電容。在典型的電源中，這些電容包括緩沖電容、箝位電容以及陶瓷輸出電容要想快速確定一個陶瓷電容是否在產(chǎn)生噪聲，請用一個具有相同電容值和適當(dāng)電壓額定值的金屬膜電容將其替換。如果噪聲水平下降，說明您找到了電路中的噪聲源。

如果噪聲源是箝位電容，可以用一個金屬膜電容將其徹底替換，或者嘗試使用介質(zhì)材料不同的陶瓷電容。另一個方法是，更換正在使用的箝位電容，例如，將其更換為穩(wěn)壓管箝位電路。如果噪聲問題源自緩沖電容，可以用一個金屬膜電容將其替換，也可以提高串聯(lián)電阻的值，以降低電容上的dV/dt噪聲。您也可以改用其它介質(zhì)的陶瓷電容，看噪聲能否降低。

管理變壓器磁芯噪聲

另一方面，變壓器磁芯產(chǎn)生的噪聲通常由磁致伸縮造成，它類似于逆向壓電效應(yīng)。當(dāng)受到磁場影響時(shí)，許多鐵磁材料都會改變形狀。隨著變壓器磁芯中磁場的變化，此類材料會使磁芯發(fā)生物理振動。當(dāng)振動頻率達(dá)到變壓器的機(jī)械共振頻率時(shí)，振動就會被放大，并造成更大的音頻噪聲。在交流電氣設(shè)備(如使用60Hz外加磁場的變壓器)中，最大長度變化每周期出現(xiàn)兩次，從而產(chǎn)生熟悉的120Hz噪聲。如果您的設(shè)計(jì)出現(xiàn)這種問題，在開始排查原因之前首先要確保它不是由設(shè)計(jì)不當(dāng)引起。首先，確認(rèn)所提供的輸入電壓和輸出負(fù)載符合設(shè)計(jì)規(guī)格。如果電源的工作電壓低于指定的最低輸入電壓，或高于指定的輸出負(fù)載，那么部分交流周期將會失去穩(wěn)壓，這樣會造成磁芯中的磁通量增大并產(chǎn)生噪聲。

如果輸入電壓和負(fù)載處于規(guī)格范圍之內(nèi)，接下來檢驗(yàn)輸入大容量電容的值是否正確。如果輸入電容相對于應(yīng)用而言過小，直流總線電壓將在交流刷新周期之間大幅降低，造成部分輸入的交流周期失去穩(wěn)壓。

變壓器中包含多種可活動元件，如線圈、隔離膠帶和骨架，它們使變壓器成為了常見的噪聲源。線圈中電流可產(chǎn)生電磁場，電磁場會產(chǎn)生令許多變壓器元件出現(xiàn)機(jī)械振動的力。減小變壓器元件物理移動的最有效方法是使用粘合材料或涂漆。例如，用清漆浸漬磁芯是一種廣泛使用的方法，用來防止磁芯隨骨架進(jìn)行振動。雖然供應(yīng)商提供了眾多涂漆技術(shù)，但我們推薦使用清漆浸漬技術(shù)，而不是真空浸漬，這是因?yàn)檎婵战n會大幅提高繞組電容，從而降低效率并使EMI增大。

如果您的設(shè)計(jì)需要使用長磁芯型變壓器，則可以采用的另一個策略是使用標(biāo)準(zhǔn)磁芯長度。長磁芯產(chǎn)品(如EEL型變壓器和EERL型變壓器)都具有極低的機(jī)械諧振頻率。這種低諧振頻率容易增大音頻噪聲。采用諧振頻率較高的標(biāo)準(zhǔn)磁芯長度可以緩解該問題。但務(wù)必要注意，如果改用較短的標(biāo)準(zhǔn)磁芯，則必須使用更大的磁芯尺寸，才能提供足夠的繞組窗口面積。

圖1 修復(fù)高噪聲箝位電容的方法

如果噪聲問題存在于陶瓷輸出電容，可以嘗試許多不同的策略來解決。其中一個方法是，嘗試換用電解電容或換用其他介質(zhì)材料的電容。或者，可以用多個并聯(lián)陶瓷電容來替換問題電容。每個電容尺寸的減小將使其表面積相應(yīng)減小，從而改變電容的機(jī)械共振。

處理脈沖束流

脈沖束流是另一個潛在的噪聲源。當(dāng)設(shè)計(jì)中的傳導(dǎo)電流脈沖聚集在一起，然后出現(xiàn)更多數(shù)量的跳脈沖時(shí)，就會出現(xiàn)脈沖束流現(xiàn)象。脈沖聚集會在開關(guān)模式中產(chǎn)生頻