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诚博国际平台职场本事何如处分筑造中功率电感

  诚博国际平台在笔记本电脑、平板电脑、智能手机、电视机以及车载电子设备等运行时,有时会听到叽的噪音。该现象称为啸叫,导致该现象出现的原因可能在于电容器 、电感器 等无源元件。,尤其是电感器的啸叫,其原因多种多样,十分复杂。本文中将就DC-DC转换器等电源电路 的主要元件——功率电感 器的啸叫原因以及有效对策进行介绍。

  1. 间歇工作、频率可变模式、负荷变动等可能导致人耳可听频率振动声波是在空气中传播的弹性波,人的听觉可听到大约20~20kHz频率范围的声音。在DC-DC转换器的功率电感器中,当流过人耳可听范围频率的交流电流 以及脉冲波时,电感器主体会发生振动,该现象称为线圈噪音,有时也会被听成啸叫现象(图1)。

  随着电子设备的功能不断强化,DC-DC转换器的功率电感器也成为了噪音发生源之一。DC-DC转换器通过开关 器件进行ON/OFF,由此产生脉冲状电流。通过控制ON的时间长度(脉宽),可得到电压恒定的稳定直流电流。该方式称为PWM(脉冲调幅),其作为DC-DC转换器的主流方式获得广泛使用。

  但DC-DC转换器的开关频率较高,达到数100kHz~数MHz,由于该频率振动超出了人耳可听范围,因此不会感受到噪音。那么,为什么DC-DC转换器的功率电感器会发出叽的啸叫呢?

  可能的原因有几个,首先可能的是以节省电池电力等为目的,让DC-DC转换器进行间歇工作的情况,或将DC-DC转换器从PWM方式切换为PFM(脉冲调频)方式,在频率可变模式下运行的情况。图2所示为PWM方式与PFM方式的基本原理。

  出于节能等目的,移动设备液晶显示 器背光自动调光功能等引进了DC-DC转换器间歇工作。这是根据使用环境照度,对背光亮度进行自动调光,从而延长电池使用时间的系统。

  该调光有多种方式,其中,控制LED 亮灯时间及熄灯时间长度的方式称为PWM调光。PWM方式调光系统的优点在于,调光引起的色度变化较少,其主要用于笔记本电脑以及平板电脑等的背光中。

  PWM调光通过200Hz左右的较低频率使DC-DC转换器进行间歇工作,并通过反复进行亮灯/熄灭操作来调整亮度。在亮灯/熄灭的恒定循环中,调长亮灯时间时将会变亮,调短时则会变暗。在200Hz左右的间歇工作中,眼睛基本上不会察觉背光频闪情况。但由于其处于人耳可听频率中,因此当基板 上贴装的功率电感器中流过间歇工作的电流时,电感器主体将会因频率影响而发生振动,从而导致出现啸叫。

  DC-DC转换器中,相对于开关周期(开关器件的ON时间+OFF时间)的ON时间比称为占空比。对LED进行PWM调光时,亮灯时间/(亮灯时间+熄灯时间)称为占空比,并表示亮度。

  PWM方式DC-DC转换器的特点在于,在普通工作中,其效率可高达大约80~90%以上。但待机时间等轻负荷情况下,效率将会严重降低。开关造成的损耗与频率成正比。为此,在轻负荷情况下会发生恒定开关损耗,因此会使效率降低。

  因此,为了改善该问题,在轻负荷情况下使用自动将PWM方式替换为PFM(脉冲调频)方式的DC-DC转换器。PFM方式是配合负荷减轻,在固定ON时间的情况下,对开关频率进行控制的方式。由于ON时间恒定,因此通过延长OFF时间,开关频率将会渐渐降低。由于开关损耗与频率成正比,因此通过降低频率可在轻负荷情况下实现高效化。但降低后的频率将会进入人耳可听的约20~20kHz的范围,此时功率电感器将会发生啸叫。

  出于节省电池电力的目的,笔记本电脑等移动设备中运用有各类省电技术,为此可能会导致电感器发生啸叫。例如,出于兼顾低耗电量以及处理能力的目的,笔记本电脑CPU 中带有周期性变更消耗电流的模式,当该周期处于人耳可听频率范围时,功率电感器可能会因该影响而产生啸叫。

  电感器可使直流电流顺利流过,而对于交流电流等发生变化的电流,则通过自感应作用,朝阻止发生变化的方向产生电动势,发挥电阻 的作用。此时,电感器将电能转换为磁能,将其积攒起来,并在转换成电能后将其放出。该能量的大小与电感器电感值成正比。

  功率电感器也被称为功率线圈、功率扼流圈,是用于DC-DC转换器等开关方式电源电路中的主要元件,通过与电容器进行协调,使开关器件ON/OFF所产生的高频脉冲更为平滑化。

  由于电源电路的功率电感器中会流过大电流,因此绕组型为主流产品。这是因为,通过将高导磁率的磁性体(铁氧体或软磁性金属)用于磁芯 中,以较少巻数实现高电感值,从而可使产品更为小型化。图3所示为使用功率电感器的DC-DC转换器(非绝缘型及斩波方式)基本电路。

  当流过人耳可听范围频率的电流时,功率电感器主体发生的振动会引起啸叫。其振动原因以及噪音原因有以下几种可能。

  导致产生功率电感器啸叫的振动原因以及噪音扩大原因如图4进行了总结。以下对这些原因的主要内容进行说明。

  对磁性体施加磁场使其磁化后,其外形会发生细微变化。该现象称为磁致伸缩或磁应变。以铁氧体等磁性体为磁芯的电感器。

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