帶展頻技術(shù)的DCDC電路中的電感可聞噪聲及其降低策略

隨著現(xiàn)代電子設(shè)備的普及和性能要求的不斷提高，DCDC電路作為電源管理系統(tǒng)的核心部分，其穩(wěn)定性和效率變得尤為重要。為了優(yōu)化電路性能，許多DCDC電路采用了展頻技術(shù)，以減小電磁干擾(EMI)并提高電路的整體效率。然而，這種技術(shù)有時(shí)會(huì)引發(fā)電感發(fā)出可聞噪聲，即“電感嘯叫”，這不僅影響了用戶的使用體驗(yàn)，還可能對(duì)設(shè)備的整體質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

一、電感嘯叫的產(chǎn)生機(jī)制

電感嘯叫，是指在DCDC電路中，電感在特定條件下發(fā)出的可聞聲音。這種聲音通常發(fā)生在人耳可聽頻率范圍內(nèi)(大約20Hz至20kHz)，主要由以下幾個(gè)因素引起：

電感振動(dòng)：當(dāng)電流通過電感時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)引起線圈位置移動(dòng)。如果電感線圈沒有固定好，或者存在空腔結(jié)構(gòu)，當(dāng)電流變化時(shí)，電感線圈會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)的作用而振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。

開關(guān)頻率與負(fù)載變化：DCDC電路中的開關(guān)頻率和負(fù)載變化會(huì)影響電感的工作狀態(tài)。在某些情況下，如采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PFM(脈沖頻率調(diào)制)控制的DCDC轉(zhuǎn)換器，在輕載或間歇工作模式下，開關(guān)頻率可能會(huì)降低至人耳可聽范圍，從而引發(fā)電感嘯叫。

磁致伸縮效應(yīng)：電感中的磁性材料在磁場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生微小的形狀變化，即磁致伸縮效應(yīng)。這種效應(yīng)在交流磁場(chǎng)作用下尤為明顯，會(huì)導(dǎo)致電感內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)和噪聲。

寄生參數(shù)與諧振：DCDC電路中的寄生電容和電感會(huì)形成諧振電路，當(dāng)開關(guān)頻率或其諧波頻率與諧振頻率相近時(shí)，會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的電磁振蕩，從而產(chǎn)生噪聲。

二、帶展頻技術(shù)的DCDC電路中的特殊挑戰(zhàn)

展頻技術(shù)通過改變DCDC電路的開關(guān)頻率，以減少在特定頻率下的電磁干擾。然而，這種技術(shù)也可能導(dǎo)致電感嘯叫問題更加復(fù)雜：

頻率變化：展頻技術(shù)使得開關(guān)頻率在一定范圍內(nèi)變化，這可能導(dǎo)致電感在不同頻率下產(chǎn)生振動(dòng)，增加了噪聲的多樣性和復(fù)雜性。

頻率重疊：在某些情況下，展頻后的頻率范圍可能與人耳可聽頻率范圍重疊，從而更容易引發(fā)電感嘯叫。

諧振點(diǎn)移動(dòng)：展頻技術(shù)可能導(dǎo)致電路的諧振點(diǎn)發(fā)生變化，使得在某些頻率下電磁振蕩更加劇烈，進(jìn)而產(chǎn)生更大的噪聲。

三、降低電感可聞噪聲的策略

針對(duì)帶展頻技術(shù)的DCDC電路中的電感可聞噪聲問題，可以采取以下策略進(jìn)行降低：

優(yōu)化電感設(shè)計(jì)：

選擇高質(zhì)量、低噪聲的電感器。

優(yōu)化電感器的結(jié)構(gòu)，如增加固定措施、減少空腔結(jié)構(gòu)，以降低振動(dòng)和噪聲。

使用磁屏蔽技術(shù)，減少磁性材料對(duì)周圍環(huán)境的干擾。

調(diào)整開關(guān)頻率：

通過調(diào)整DCDC電路的開關(guān)頻率，避免其與人耳可聽頻率范圍重疊。

在可能的情況下，提高開關(guān)頻率，以減少對(duì)低頻噪聲的敏感性。

改進(jìn)控制電路：

優(yōu)化PWM或PFM控制策略，以減少在輕載或間歇工作模式下的頻率變化。

引入閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整開關(guān)頻率，以抑制電磁振蕩和噪聲。

使用濾波器：

在DCDC電路的輸入和輸出端添加濾波器，以抑制高頻噪聲和諧振。

選擇合適的濾波器類型和參數(shù)，以匹配電路的具體需求和性能要求。

加強(qiáng)散熱與隔離：

確保DCDC電路具有良好的散熱性能，以減少因溫度變化引起的噪聲。

使用隔離技術(shù)，如光耦隔離或變壓器隔離，以減少電路間的相互干擾。

綜合測(cè)試與優(yōu)化：

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行充分的測(cè)試和驗(yàn)證，以確保在不同負(fù)載和工作環(huán)境下的噪聲水平滿足要求。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以達(dá)到最佳的噪聲抑制效果。

四、結(jié)論

帶展頻技術(shù)的DCDC電路中的電感可聞噪聲是一個(gè)復(fù)雜且重要的問題。通過優(yōu)化電感設(shè)計(jì)、調(diào)整開關(guān)頻率、改進(jìn)控制電路、使用濾波器、加強(qiáng)散熱與隔離以及綜合測(cè)試與優(yōu)化等策略，可以有效地降低電感嘯叫問題。這些策略不僅提高了DCDC電路的穩(wěn)定性和效率，還改善了用戶的使用體驗(yàn)和設(shè)備的整體質(zhì)量。未來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，我們期待更多創(chuàng)新的解決方案能夠出現(xiàn)，以進(jìn)一步降低DCDC電路中的電感可聞噪聲問題。