談電感嘯叫的消除方法

文/劉福祿，重慶工貿職業技術學院

在測試開關電源電路時，明明看到電路是工作正常，可是有時候電感總是會無故發出討厭的滋滋聲。通常這些電感嘯叫很難追蹤，不知道如何確定它來自哪里。要知道這些電感嘯叫如何產生，我們可以先了解電感的頻率特性入手。源空載或過載的時候，限流保護電路會立即調整開關占空比，或者立即停止開關工作，直到檢測負載電流在標準范圍內時，才重新啟動正常的工作開關。這從停止開關到重啟開關的時間周期正好是幾kHz的頻率，導致工作頻率改變，低于設計值。

1 電感嘯叫產生原因

人耳能聽到的聲音頻率在20HZ-20KHZ左右，如果產生了人耳可以聽到的聲音，那激勵頻率基本可以鎖定。

聲音的本質是一種噪聲，由振動引起。噪聲又分結構噪聲和空腔噪聲，最終傳到耳朵里來的是結構振動而壓縮空氣或空腔噪聲里的壓縮空氣振動耳膜形成。

電感在工作時，上面會通過脈動電流，如果有20Hz-20kHz這個頻段的開關激勵電流，電流流過線圈，線圈的匝與匝之間上的電流因為同向而磁場相斥，會導致線圈發生輕微的間距偏移，開關電流消失時，線圈位置又會恢復原狀，如此一來一往之間，如果線圈導線未固定，則線圈抖動振動壓縮空氣，就會形成空腔噪聲導致嘯叫。磁芯材料的磁滯伸縮也會引起類似問題。

有時候，即使開關頻率似乎遠離此頻段，也會引起嘯叫，是因為負載不穩，開關電源自我調節中，占空比的調節里，會有與這個頻段重疊的頻率成分。

在低頻時，電感一般能蓄能，也有濾高頻的特性。在低頻應用時, 電感工作頻率低于諧振頻率時，電感值基本上仍可以保持穩定。

但在高頻時，它的阻抗特性表現很明顯。如圖1的Wurth Electr onics電感744029001，特別是工作頻率超過諧振頻率后，電感值將會先增大，達到一定頻率后，突然迅速減小。如果耳朵能聽到嘯叫（吱吱聲），可以肯定電感兩端存在一個20Hz-20kHz左右（人耳可聽范圍內）的開關電流。

圖1 Wurth Electronics電感744029001在工作頻率時的阻抗特性表現

圖2 降壓轉換器使用限流保護電路

2 開關電源頻率設計

開關電源電路為了自身保護和開關電源的可靠性，大多都有“限流保護電路”，如圖2降壓轉換器使用限流保護電路。當開關電

3 電感嘯叫的消除

3.1 改變開關電源頻率

如果電感的諧振頻率在20Hz-20KHz之間，而工作頻率在這范圍內的時候，電感就會嘯叫，人耳就能聽見了。一般情況下，如果開關電源工作在額定負載，其工作頻率高于與設計值（高于可聽范圍）相同，人耳是聽不到的。

如果聽見電感嘯叫，可以嘗試改變開關頻率，嘗試調節高于可聽范圍（20Hz - 20kHz）的開關頻率以降低噪聲。另外，亦可嘗試降低負載電流或更換功率稍微大些的DC-DC轉換器，改善負載電流過大的問題。

3.2 固定電路板上的電感

如果電感已經焊在電路板上，但是電感線圈沒用固定好，是可動的，這樣或會引起電感嘯叫。要防止，可以利用液體清漆或RTV硅樹脂 ，涂在電感線圈上。

如果電路板上將會用許多電感，可以先將鐵芯和繞組真空壓力上漆，把整個鐵芯和繞圈都在漆里面，再固定在電路板上，這樣都可以降低噪聲。

3.3 采用鐵氧體磁芯

當電感線圈隙中存有磁能時，會產生振動并產生噪聲。這種噪聲將來自電感器的氣隙材料和磁路幾何形狀。根據負載情況，頻率和部件變化，可聽噪聲的數量會有所不同。

如果是這情況，可考慮改用鐵氧體磁芯 。鐵氧體磁芯是主要由鐵(Fe)、錳(Mn)和鋅(Zn)三種金屬元素組成，通常被稱為錳鋅鐵氧體。環形鐵氧體磁芯由于沒有氣隙，且截面積一致，因此磁效應很高。一般幾百kHz的開關頻率，鐵氧體磁芯電感是沒問題的。

4 結論

在開關電源電路，發現電感無故嘯叫，可以嘗試用以下方法消除：

1.在應用中，改變開關頻率，調節高于可聽范圍（20Hz - 20k Hz）的開關頻率以降低噪聲。

2.如果電感已經焊接在電路板上，可以在線圈上涂上液態清漆或RTV硅樹脂，把電感粘牢。如果電路板上將會有用許多電感，可以先將鐵芯和繞組真空上漆，這樣都可以降低噪聲。

3.可考慮用鐵氧體磁芯電感，一般幾百kHz的開關頻率，鐵氧體磁芯電感是可以應用。