反激變換器是輔助電源通常采用的電路拓撲。它的優(yōu)點(diǎn)在于可以工作在非常廣闊的輸入電壓范圍，電路簡(jiǎn)單，元件少，但效率一般在75%左右。盡管開(kāi)關(guān)電源的工作頻率遠超過(guò)人類(lèi)的聽(tīng)力范圍，但它們在特定的負載條件下仍會(huì )產(chǎn)生音頻噪聲。音頻噪聲的可能來(lái)源多種多樣。噪聲可以是設計缺陷（如振蕩輸出電壓）導致，或者由電容或變壓器等噪聲元件導致。在有些情況下，您所聽(tīng)到的尖銳刺耳的噪鳴或嘶嘶聲可能就像風(fēng)扇在異常頻率下出現的搖蕩，或者由于電源靠近外部EMI源（熒光燈或電源插排）所導致。
本文將探討反激式電源中最常見(jiàn)的噪聲來(lái)源，并介紹可能的解決方案。下文中描述的所有操作程序都可以使用一個(gè)可程控交流電源供應器或自耦變壓器和一個(gè)電子負載來(lái)完成。請記住，在有些情況下，您的電源所產(chǎn)生的噪聲水平可能非常低，如果該電源將在密閉殼體內使用，那么音頻噪聲就不會(huì )構成問(wèn)題。
可能的噪聲源
反激式電源中最常見(jiàn)的噪聲源是噪聲元件。這種噪聲通常由陶瓷電容或鐵氧體變壓器磁芯產(chǎn)生。陶瓷電容中的噪聲通常由逆向壓電效應造成。對介質(zhì)結構施加電壓后，會(huì )引發(fā)機械應力或應變，造成材料變形。當這種材料發(fā)生變形時(shí)，會(huì )排出周?chē)目諝�，從而產(chǎn)生噪聲。
由于在發(fā)生較大的電壓擺動(dòng)時(shí)會(huì )出現逆向壓電效應，因此設計師可以重點(diǎn)查找出現較高dV/dt擺幅的陶瓷電容。在典型的電源中，這些電容包括緩沖電容、箝位電容以及陶瓷輸出電容要想快速確定一個(gè)陶瓷電容是否在產(chǎn)生噪聲，請用一個(gè)具有相同電容值和適當電壓額定值的金屬膜電容將其替換。如果噪聲水平下降，說(shuō)明您找到了電路中的噪聲源。
如果噪聲源是箝位電容，可以用一個(gè)金屬膜電容將其徹底替換，或者嘗試使用介質(zhì)材料不同的陶瓷電容。另一個(gè)方法是，更換正在使用的箝位電容，例如，將其更換為穩壓管箝位電路。如果噪聲問(wèn)題源自緩沖電容，可以用一個(gè)金屬膜電容將其替換，也可以提高串聯(lián)電阻的值，以降低電容上的dV/dt噪聲。您也可以改用其它介質(zhì)的陶瓷電容，看噪聲能否降低。
管理變壓器磁芯噪聲
另一方面，變壓器磁芯產(chǎn)生的噪聲通常由磁致伸縮造成，它類(lèi)似于逆向壓電效應。當受到磁場(chǎng)影響時(shí)，許多鐵磁材料都會(huì )改變形狀。隨著(zhù)變壓器磁芯中磁場(chǎng)的變化，此類(lèi)材料會(huì )使磁芯發(fā)生物理振動(dòng)。當振動(dòng)頻率達到變壓器的機械共振頻率時(shí)，振動(dòng)就會(huì )被放大，并造成更大的音頻噪聲。在交流電氣設備（如使用60Hz外加磁場(chǎng)的變壓器）中，最大長(cháng)度變化每周期出現兩次，從而產(chǎn)生熟悉的120Hz噪聲。
如果您的設計出現這種問(wèn)題，在開(kāi)始排查原因之前首先要確保它不是由設計不當引起。首先，確認所提供的輸入電壓和輸出負載符合設計規格。如果電源的工作電壓低于指定的最低輸入電壓，或高于指定的輸出負載，那么部分交流周期將會(huì )失去穩壓，這樣會(huì )造成磁芯中的磁通量增大并產(chǎn)生噪聲。
如果輸入電壓和負載處于規格范圍之內，接下來(lái)檢驗輸入大容量電容的值是否正確。如果輸入電容相對于應用而言過(guò)小，直流總線(xiàn)電壓將在交流刷新周期之間大幅降低，造成部分輸入的交流周期失去穩壓。
變壓器中包含多種可活動(dòng)元件，如線(xiàn)圈、隔離膠帶和骨架，它們使變壓器成為了常見(jiàn)的噪聲源。線(xiàn)圈中電流可產(chǎn)生電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)會(huì )產(chǎn)生令許多變壓器元件出現機械振動(dòng)的力。減小變壓器元件物理移動(dòng)的最有效方法是使用粘合材料或涂漆。例如，用清漆浸漬磁芯是一種廣泛使用的方法，用來(lái)防止磁芯隨骨架進(jìn)行振動(dòng)。雖然供應商提供了眾多涂漆技術(shù)，但我們推薦使用清漆浸漬技術(shù)，而不是真空浸漬，這是因為真空浸漬會(huì )大幅提高繞組電容，從而降低效率并使EMI增大。
如果您的設計需要使用長(cháng)磁芯型變壓器，則可以采用的另一個(gè)策略是使用標準磁芯長(cháng)度。長(cháng)磁芯產(chǎn)品（如EEL型變壓器和EERL型變壓器）都具有極低的機械諧振頻率。這種低諧振頻率容易增大音頻噪聲。采用諧振頻率較高的標準磁芯長(cháng)度可以緩解該問(wèn)題。但務(wù)必要注意，如果改用較短的標準磁芯，則必須使用更大的磁芯尺寸，才能提供足夠的繞組窗口面積。
圖1修復高噪聲箝位電容的方法
如果噪聲問(wèn)題存在于陶瓷輸出電容，可以嘗試許多不同的策略來(lái)解決。其中一個(gè)方法是，嘗試換用電解電容或換用其他介質(zhì)材料的電容�；蛘�，可以用多個(gè)并聯(lián)陶瓷電容來(lái)替換問(wèn)題電容。每個(gè)電容尺寸的減小將使其表面積相應減小，從而改變電容的機械共振。
處理脈沖束流
脈沖束流是另一個(gè)潛在的噪聲源。當設計中的傳導電流脈沖聚集在一起，然后出現更多數量的跳脈沖時(shí)，就會(huì )出現脈沖束流現象。脈沖聚集會(huì )在開(kāi)關(guān)模式中產(chǎn)生頻率分量，它們通常都在聽(tīng)覺(jué)范圍內。脈沖束流在采用開(kāi)/關(guān)控制模式的電源中最為常見(jiàn)。
為確定您的設計中是否存在這種現象，請斷開(kāi)MOSFET漏極走線(xiàn)，然后插入一個(gè)電流環(huán)，以監測漏極電流的開(kāi)關(guān)模式。
電源在正常負載下工作時(shí)，使用一個(gè)電流探針和一個(gè)示波器抓取在一個(gè)寬時(shí)間量程內的一組漏極開(kāi)關(guān)脈沖。下圖對顯示脈沖束流的波形與具有正常開(kāi)關(guān)模式的波形進(jìn)行了比較。如果看到類(lèi)似于左圖的脈沖–一行出現大量脈沖，接著(zhù)是兩個(gè)或更多跳脈沖，就說(shuō)明您的設計可能存在這種問(wèn)題。
通常，脈沖束流現象表示反饋電路過(guò)慢，導致控制器響應滯后。診斷此問(wèn)題時(shí)，可以先確認反饋電路中的所有元件值是否都與設計中指定的值相符。一個(gè)可以嘗試的解決方案是，在設計中采用D型光耦器。D型光耦器具有比標準光耦器更高的增益。另一個(gè)策略是，添加一個(gè)反饋環(huán)路加速電路，以縮短響應時(shí)間。該電路將能確保光耦晶體管始終在有源區工作，這樣可以防止它發(fā)生飽和，并提高響應速度。
圖2存在脈沖束流（左）的電路波形與具有正常開(kāi)關(guān)模式（右）的電路波形之比較
圖3反饋環(huán)路加速電路
結論
雖然反激式電源中的音頻噪聲源多種多樣，但最常見(jiàn)的“罪魁禍首”往往是陶瓷電容或鐵氧體變壓器磁芯。如果您測試發(fā)現電源中存在明顯的噪聲，則可以試用本文所介紹的應對策略。在多數情況下，您都可以快速找到故障元件并解決噪聲問(wèn)題。
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