減小電容的ESR及ESL，可以有效的減小電源上的紋波及噪音，此外電源模塊的小型化也是趨勢，所以片式多層陶瓷電容MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor)越來(lái)越多地被用于輸出電容。
但是，使用MLCC電容會(huì )產(chǎn)生一個(gè)新的問(wèn)題，它的結構會(huì )導致嘯叫。
圖1.嘯叫的MLCC電容
如圖2所示，陶瓷的強介電性會(huì )引起壓電效應，疊層電容在施加交流電之后，會(huì )在疊層方向（Z軸）發(fā)生伸縮。
因為介電體的泊松比（橫向變形系數）一般為 0.3，所以與疊層方向（Z軸）垂直的方向（X與Y軸），即與電路板平行的方向也會(huì )發(fā)生伸縮，結果導致電路板表面產(chǎn)生振動(dòng)并能夠聽(tīng)到聲音。雖然電容器以及電路板的振幅僅為 1pm～1nm，但振動(dòng)聲音已足夠大到我們可以聽(tīng)見(jiàn)，會(huì )聽(tīng)到類(lèi)似“嘰”的聲音。
術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?/strong>泊松比是指材料在單向受拉或受壓時(shí)，橫向正應變與軸向正應變的絕對值的比值，也叫橫向變形系數，它是反映材料橫向變形的彈性常數。
圖2.MLCC電容產(chǎn)生嘯叫的原因
所以，電容的嘯叫實(shí)際上是電容的壓電效應導致了PCB的形變。因此，抑制電容嘯叫的主要措施是抑制或者抵消PCB的形變。比如，可以將引起嘯叫的電容在同一面，以不同的角度擺放；或者將其在正反兩面，正對著(zhù)擺放；還有，可以選擇帶支架的電容器，當然這會(huì )增加成本，如圖3。
圖3.帶支架的MLCC電容
以上通過(guò)抑制PCB形變的方式來(lái)處理電容嘯叫的問(wèn)題治標不治本，盡量得從源頭上處理掉引起嘯叫的原因。實(shí)際上，引起電容嘯叫的原因很單純，必定是電容上被加載了人耳可以聽(tīng)到的交流電（頻率為20HZ~20KHZ）。
所以，基本的分析思路如下：
首先，用耳朵大致搜尋電容正在嘯叫的那一片區域；
然后，使用示波器排查可疑的電壓信號，如圖4羅列了一些曾經(jīng)引起電容嘯叫的電壓信號，供參考。
#18.4KHZ#
#6.3KHZ#
#4.3KHZ，輕載模式#
圖4. 曾經(jīng)引起電容嘯叫的電壓信號
通過(guò)總結相關(guān)案例，電容的嘯叫現象多數發(fā)生在輕載模式。據其原因，因為在輕載模式下芯片一般會(huì )進(jìn)入高效模式。在高效模式，系統處于半開(kāi)環(huán)模式，芯片監控反饋電壓但是不采取實(shí)時(shí)響應，只有當輸出電壓低于閾值時(shí)，才會(huì )發(fā)送幾個(gè)PWM脈沖，往電感和輸出電容里充一點(diǎn)點(diǎn)的電。圖5是輕載模式下的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)V_PHASE信號。
圖5.輕載模式下的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)信號
在輕載模式下，輸出電壓的紋波電壓會(huì )比較大，同時(shí)流過(guò)電容的交流電的頻率也比較離散，所以容易發(fā)生嘯叫事件。
輕載模式的本意是好的，為了降低系統的靜態(tài)電流。當系統處在Deep sleep模式，一般只有少數幾路常電在以極低的負載電流（如一兩百微安）在工作，所以這一點(diǎn)能量一般不足以引起電容的嘯叫。
但是，如果輕載模式（Sleep Mode）與Normal PWM模式（Normal Operation Mode）切換的閾值沒(méi)有被恰當地設置的話(huà)，系統可能會(huì )在負載電流比較小的時(shí)候仍然停留在輕載模式而無(wú)法切入Normal PWM模式，這樣的后果是離散的開(kāi)關(guān)脈沖也許會(huì )引起電容的嘯叫。
關(guān)于輕載模式和強制PWM模式的設置的一般建議如下：
1、一級電源并且是常電模式，建議軟件參與控制。在系統進(jìn)入休眠之前，由軟件設置芯片進(jìn)入輕載模式；當系統從休眠模式被喚醒，軟件需要及時(shí)地將電源設置為強制PWM模式。
2、如果是二級電源并且對輕載效率的要求不是特別嚴苛時(shí)，盡量全程設置為強制PWM模式。
有一些電路特別是低成本的簡(jiǎn)易電路，軟件沒(méi)有辦法設置PWM模式，不幸又發(fā)生了電容嘯叫事件，可以嘗試以下幾種方法：
1、更換電容的數值，甚至嘗試不同廠(chǎng)家或者不同型號的電容；
2、 安裝假負載（小阻值的電阻作為假負載），這是沒(méi)辦法時(shí)的辦法；
3、“多余”的電容也會(huì )引起環(huán)路不穩定，導致嘯叫，可嘗試移除一些“可有可無(wú)”的電容；
4、過(guò)大的輸出電容會(huì )導致相位裕量過(guò)大，這會(huì )延緩進(jìn)入PWM模式的時(shí)機，嘗試適當減小相位裕量。 |
