隨著筆記本電腦、手機等設備的普及,由電容器振動所產生的“嘯叫”問題越來越多的受到人們的關注,如何優化各電源架構的電容嘯叫,讓電容閉嘴,是一個有趣的問題。
MLCC電容器發生嘯叫主要是由陶瓷的壓電效應引起的,MLCC電容器由于其特殊的結構,當施加在兩端的電場變換時,可以引起成比例的機械應力的變化,此為逆壓電效應,當振動頻率落入人耳聽覺范圍內時,就會產生噪音,即所謂的“嘯叫”。正壓電效應相反,是受到力的作用,產生電場的過程。
無論是筆記本電腦還是手機,對電源的要求越來越高,通常在電源網絡上并聯大量的MLCC電容,如BUCK、BOOST架構的電源,當設計異常或者負載工作模式異常時,就很容易產生“嘯叫”。
在筆記本電腦中,當電腦處于休眠狀態,或者啟動攝像頭時,容易產生嘯叫。
在手機中, 典型的一個 是GSM所用的PA電源,此電源線上的特點是功率波動大、波動頻率為典型的217Hz,落入人耳聽覺范圍內(20Hz～20Khz),當GSM通話時,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工作模式時紋波小,用在負載功耗比較高的條件下,為了避免BUCK在PWM工作模式時,給電容充電的開關頻率進入人耳范圍內引起嘯叫,有的電源的開關頻率會刻意避開20hz～20Khz這個開關頻率。
2． 當電源處于輕載模式時,會間歇性的工作,間歇性輸出幾個脈沖,這個間歇性脈沖的頻率,也有可能被人耳聽到。所以也要從電源或者負載的角度,來優化PFM工作時間歇性脈沖的工作頻率,避免嘯叫。
3． 另一個是隱含的一個狀態,在項目初期,系統往往不穩定,負載在正常和低功耗模式之間反復切換,電源也容易在PWM和PFM兩個模式之間反復切換,這個切換的時隙,這也可能引起嘯叫,需要軟件優化系統的穩定性,避免負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,有可能使得輸出電流增加,會誤觸發電源進入過流保護,電源在正常工作模式和過流保護模式之間反復切換,也有一定可能性引起嘯叫,電感選取一定要合適。
5． 開關電源本身紋波就大,多相開關電源具有紋波小、電流大的優點,通過交錯相位,可以有效減小電源的紋波進而抑制嘯叫。
6． 抑制嘯叫,除了上述軟件、參數、架構的修改之外,一個典型的方案是使用抗嘯叫電容,比如村田KRM系列和ZRB系列。
其特殊的結構可降低電容器的嘯叫現象,可吸收由熱量和機械沖擊引起的應力,實現高可靠性。相比于Ta電容,抗嘯叫MLCC電壓變動⊿V比初期小7～22%。
7． 在布局的時候,也可以優化布局,電容彼此之間交錯排列,抑制振動。
8． 甚至有的人提出了在電容旁邊挖槽,緩解嘯叫的方案。 |
