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开关电源音频噪声抑制技术 作者:PI AN24 电子和磁性元件的振荡频率在人耳听觉范围内时,会产生能听见的信号.这种现象在电力 变换研究初期已为人知.以50 和60Hz 工频工作的变压器常常产生讨厌的交流噪声.如果负 载以音频元件调制,以恒定超声频率工作的开关功率转换器也会产生音频噪声. 低功率电平时,音频信号通常与转换器无关.但是,设计人员可能希望降低其电路的声波发 射.低功率AC-DC 转换器中,将50 或60Hz 变压器的铁心薄片焊接在一起,能使交流噪声降 至容许的水平.高频开关转换器中的铁氧体变压器也采用了类似的技木. 过去常用高级音频工程设备来研究开关电源的声波辐射.这种装置可以非常精确地测量 绝对声压级和声谱,但人类对声音的感觉是很主观的.很难说多大的声音是能听到的,更难以 确定的是在特定应用中多大的声音会被认为是难以忍受的噪声. 声波辐射与电磁辐射相似,但没有用于衡量听觉容忍度的通用基准.因此,设计者可以依据 以下方针来处理与音频噪声相关的问题,减少产品的声音辐射. 电容噪声 所有的绝缘材料在电场的压力下均会变形,这种电致伸缩效应与电场强度的平方成正比. 有些绝缘介质还呈现压电效应,即与电场强度成正比的线性位移.压电效应通常是电容产生 噪声的主要途径. 廉价的小陶瓷电容中的非线性绝缘材料通常含有大比例的钛酸钡,在正常工作温度下产 生压电效应.因而,这些元件会比线性绝缘成份的电容产生更多的噪声.开关电源中,电压偏移 最大的箝位电路中的电容最有可能产生音频噪声. 要确定陶瓷电容是否主要噪声源,可以用不同绝缘体的电容来替换.薄膜电容是性价比不 错的替代品.但应注意替换品是否能经受得住反复的尖峰电流和电压应力. 另一种具有价格竞争力的选择是用齐纳箝位电路来替代 RCD 箝位电路.齐纳箝位的价格 已与RCD 箝位的相当,但占用的空间小得多而效率更高. 变压器噪声 在大多数反激式转换器应用中,变压器是主要的音频噪声源.试验板上第一个变压器原型 产生的噪声往往令人吃惊.采用众所周知的恰当的结构技巧将基本上消除噪声而不增加额外 的费用.在装配原型变压器时要注意成品性能的可重复性. 有一些机制会产生变压器噪声,每种都会产生发出声音的机械位移.这些机制包括: ．相对运动—磁芯两部分间的吸引力使其移动,压迫将其分隔的介质. ．撞击—如果两块磁芯的表面能接触,它们响应磁通激励而移动会使二者碰撞或刮擦. ．弯曲—仅在EE 或EI 结构的磁芯中间腿存在的裂隙,可使磁芯各部分沿其间吸引力的方向 弯曲. ．磁致伸缩—磁芯材料的尺寸随磁通密度变化.普通功率的铁氧体的变化率小于 1ppm. ．骨架移动—磁芯片的位移可通过骨架传送和放大. ．线圈移动．线圈中的电流产生移动这些导线的吸引力和排斥力. 移动源共同作用,形成了复杂的机械系统,它能在人耳听力范围内的一个或几个频点上,产 生强烈的共振.10W 以下离线反激式转换器常用的结构一般产生 10k Hz 到 20k Hz 的共 振.当磁通激励的基频或其谐波经过机械共振区域时,移动发出声音.设计者应全程变换负载 以检验音频噪声,特别是需要动态负载时. 这些机制产生噪声的大小根据各自所处的不同位置决定.幸运的是,设计者可以应用简单 的结构技术来有效衰减各种机制产生的音频噪声. 结构技术 几种可以降低变压器音频噪声的方法在制作时都需要正确使用恰当的粘合剂. 变压器制造商和用户的评价证明这些技木适于大批量消费类应用. 本文详细描述了两种结构技术供喜爱其它电源的用户参考,但客户应充分测试其应用所需的 所有元件. 变压器用粘合剂 制作变压器时使用粘合剂是业界所周知的.不同的胶、粘合剂、涂层和封装能帮助变压器抵 受机械冲击,排除环境污染,达到安全标准.针对这些目的,在使用粘合剂来降低音频噪声时有 一些特定的注意事项. 粘合剂应是刚性的. 硬环氧树脂类通常能提供所需特性,而诸如硅树脂等软性化合物却无效. 变压器制造商们处在可以根据需要选择适当材料的有利地位,因为他们通常有最适合其独特 工序的特定用途惯用粘合剂列表. 粘合剂的主要用于防止两块磁芯间以及磁芯和骨架间的相对移动,另外也可以衰减变压器的 机械共振. 但是,误用．粘合剂会产生折断磁芯的机械应力.温度变化时,变压器结构材料的尺寸变化不 同.如果各部分不能靠移动补偿这些尺寸变化,就会产生机械应力.铁氧体、骨架和粘合剂的 有限移动也会产生足以导致材料失效的应力.因此,粘合剂过多或太少都不能将音频噪声降 到最低. 本文讲述了两种在构造变压器时使用粘合剂的技巧.第一种方法避