开关电源电路出现电感啸声原因和处理方法

原文：https://www.diangon.com/wenku/rd/dianyuan/201704/00037979.html

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凡是做过开发工作的人员都有这样的经历，测试开关电源或在实验中有听到类似产品打高压不良的漏电声响或高压拉弧的声音不请自来：其声响或大或小，或时有时无；其韵律或深沉或刺耳，或变化无常者皆有。

1、变压器(Transformer)浸漆不良：包括未含浸凡立水(Varnish)。啸叫并引起波形有尖刺，但一般带载能力正常，特别说明：输出功率越大者啸叫越甚之,小功率者则表现不一定明显。一款72W的充电器产品中就有过带载不良的经验，并在此产品中发现对磁芯的材质有着严格的要求。(此款产品客户要求较为严格)补充一点，当变压器的设计欠佳也有可能工作时振动产生异响。

2、 PWM IC接地走线失误：通常产品表现为会有部分能正常工作，但有部分产品却无法带载并有可能无法起振的故障，特别是应用某些低功耗IC时，更有可能无法正常工作。

3、光耦(Opto Coupler)工作电流点走线失误：当光耦的工作电流电阻的位置连接在次级滤波电容之前时也会有啸叫的可能，特别是当带载越多时更甚。

4、基准稳压(Regulator)IC TL431的接地线失误：同样的次级的基准稳压IC的接地和初级IC的接地一样有着类似的要求，那就是都不能直接和变压器的冷地热地相连接。如果连在一起的后果就是带载能力下降并且啸叫声和输出功率的大小呈正比。

当输出负载较大，接近电源功率极限时，开关变压器可能会进入一种不稳定状态：前一周期开关管占空比过大，导通时间过长,通过高频变压器传输了过多的能量；直流整流的储能电感本周期内能量未充分释放，经PWM判断在下一个周期内没有产生令开关管导通的驱动信号或占空比过小；开关管在之后的整个周期内为截止状态，或者导通时间过短;储能电感经过多于一整个周期的能量释放，输出电压下降，开关管下一个周期内的占空比又会大……如此周而复始，使变压器发生较低频率(有规律的间歇性全截止周期或占空比剧烈变化的频率)的振动，发出人耳可以听到的较低频率的声音。同时，输出电压波动也会较正常工作增大。

当单位时间内间歇性全截止周期数量达到总周期数的一个可观比例时，甚至会令原本工作在超声频段的变压器振动频率降低，进入人耳可闻的频率范围，发出尖锐的高频“啸叫”。此时的开关变压器工作在严重的超载状态，时刻都有烧毁的可能——这就是许多电源烧毁前“惨叫”的由来，相信有些用户曾经有过类似的经历。

5、空载
或者负载很轻时开关管也有可能出现间歇性的全截止周期，开关变压器同样工作在超载状态，同样非常危险。针对此问题，可通过在输出端预置假负载的方法解决，但在一些“节省”的或大功率电源中仍偶有发生。当不带载或者负载太轻时，变压器在工作时所产生的反电势不能很好的被吸收。这样变压器就会耦合很多杂波信号到你的1.2绕组。

这个杂波信号包括了许多不同频谱的交流分量。其中也有许多低频波，当低频波与你变压器的固有振荡频率一致时，那么电路就会形成低频自激。变压器的磁芯不会发出声音。我们知道，人的听觉范围是20--20KHZ。所以我们在设计电路时，一般都加上选频回路。以滤除低频成份。从你的原理图来看，你最好是在反馈回路上加一个带通电路，以防止低频自激.或者是将你的开关电源做成固定频率的即可。

6、大功率开关电源短路啸叫
相信大家遇到过这种情况，开关电源在满载后突然将电源短路测试，有时候会听到电源有啸叫的情况；或者是在设置电流保护时，当电流调试到某一段位，会有啸叫，其啸叫的声音抑扬顿挫，甚是烦人，究其原因主要为以下：

当输出负载较大,接近电源功率极限时,开关变压器可能会进入一种不稳定状态:前一周期开关管占空比过大,导通时间过长,通过高频变压器传输了过多的能量;直流整流的储能电感本周期内能量未充分释放,经PWM判断,在下一个周期内没有产生令开关管导通的驱动信号或占空比过小;开关管在之后的整个周期内为截止状态,或者导通时间过短;储能电感经过多于一整个周期的能量释放,输出电压下降,开关管下一个周期内的占空比又会大…… 

如此周而复始,使变压器发生较低频率(有规律的间歇性全截止周期或占空比剧烈变化的频率)的振动,发出人耳可以听到的较低频率的声音. 同时,输出电压波动也会较正常工作增大.当单位时间内间歇性全截止周期数量达到总周期数的一个可观比例时,甚至会令原本工作在超声频段的变压器振动频率降低,进入人耳可闻 的频率范围,发出尖锐的高频“哨叫”。此时的开关变压器工作在严重的超载状态,时刻都有烧毁的可能——这就是许多电源烧毁前“惨叫”的由来,相信有些用户曾经有过类似的经历. 空载,或者负载很轻时开关管也有可能出现间歇性的全截止周期,开关变压器同样工作在超载状态,同样非常危险。

针对此问题,可通过在输出端预置假负载的方法解决,但在一些“节省”的或大功率电源中仍偶有发生.当不带载或者负载太轻时,变压器在工作时所产生的反电势不能很好的被吸收.这样变压器就会耦合很多杂波信号到你的1.2绕组。

这个杂波信号包括了许多不同频谱的交流分量.其中也有许多低频波,当低频波与你变压器的固有振荡频率一致时,那么电路就会形成低频自激.变压器的磁芯不会发出声音.我们知道,人的听觉范围是20--20KHZ.所以我们在设计电路时,一般都加上选频回路.以滤除低频成份.从你的原理图来看,你最好是在反馈回路上加一个带通电路,以防止低频自激.或者是将你的开关电源做成固定频率的即可。

实例：

我们现在就来分析下此电路关键器件对性能参数的影响，限流电阻R=R110//R111//R112//R113//R114。

该电阻的作用是检测输出电流，当输出电流超过阀值时，将关闭输出电流。根据负载瞬态最大电流的要求来调整限流电阻的取值，使最大输出电流不小于瞬态最大电流。

R115，R116调整输出电压Vo=1.25*（1+R116/R115）。

C112为内部震荡电路的频率调整电容，电容变小，则频率升高，一般情况，输出方波频率等于该震荡频率。频率越高输出纹波越小。

L110电感量越大，则输出纹波越小，纹波的大小还会影响到输出电压调整的灵敏度，纹波越小，灵敏度越高，输出电压越稳定。但是芯片的SE脚将出现杂乱的窄脉冲开关电流波形，L110电感容易啸叫。纹波越大，输出灵敏度越低，输出电压稳定度降低，SE脚出现开关电流频率较稳定，L110电感不会啸叫。

C115的ESR越小，则允许流经电容的纹波电流越大，保证电容使用寿命的同时，纹波电压也越小。同样电容的容量越大，纹波电压也越小。

R117为反馈电阻，把输出方波叠加在锯齿波上，可以降低电压调整灵敏度，稳定输出方波电流，避免电感啸叫。

稳压电源电路输出的开关电流的频率接近或落入音频范围，或周期性方波群的周期频率接近或落入音频范围。周期性电流经过电感线圈，产生交变磁场，该电感线圈在交变磁场作用下产生振动而发出声音。

34063的输出稳压是以PWM方式实现的，芯片的最大占空比的限制以及输出电压，决定了最低输入电压，而芯片的耐压决定了最高输入电压，在电压调整灵敏度适当的情况下，输入电压变高，则输出方波脉宽变窄，即占空比变小，当输入电压高到某个数值时，占空比无法再小，为了继续稳压，不同的芯片有不同的处理方式，有的降低频率，有的则周期性的丢弃一些脉冲。

周期性丢弃的脉冲群如果周期频率接近或落入音频范围，就会发生电感啸叫的情况，而如果降频处理后的开关电流的频率接近或落入音频范围，也会引起电感的啸叫。

解决方法

提高输出开关电流的频率。

当“输入输出比”较大时，对于会周期性丢弃脉冲的芯片来讲，可调整如上图所示C112，降低频率，来获取更大的占空比调整范围，避免出现周期性的方波群落入音频的范围，从而避免电感的啸叫。

调整R117反馈电阻，即改变电压调整灵敏度，避免开关电流频率出现接近或落入音频周期范围内的周期性方波群。从而避免电感的啸叫。

添加C111电容，降低电压调整灵敏度，避免开关电流频率出现接近或落入音频周期范围内的周期性方波群。从而避免电感的啸叫。

在纹波允许范围内，适当加大纹波幅度，必要的话多加一级滤波。

L110 电感改善工艺，减小振动啸叫，如要求供应商增加浸漆工序等。