電容嘯叫的原理以及規(guī)避建議

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(wèn)題越來(lái)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(wèn)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(guò)程。

無(wú)論是筆記本電腦還是手機(jī)，對(duì)電源的要求越來(lái)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，最典型的一個(gè)案例是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(lái)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(lái)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(guò)流保護(hù)，電源在正常工作模式和過(guò)流保護(hù)模式之間反復(fù)切換，有稱打嗝模式，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(guò)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。

以上就是電容嘯叫的原理以及規(guī)避建議。

審核編輯：湯梓紅