隨著(zhù)筆記本電腦、手機等設備的普及,由電容器振動(dòng)所產(chǎn)生的“嘯叫”問(wèn)題越來(lái)越多的受到人們的關(guān)注,如何優(yōu)化各電源架構的電容嘯叫,讓電容閉嘴,是一個(gè)有趣的問(wèn)題。

MLCC電容器發(fā)生嘯叫主要是由陶瓷的壓電效應引起的,MLCC電容器由于其特殊的結構,當施加在兩端的電場(chǎng)變換時(shí),可以引起成比例的機械應力的變化,此為逆壓電效應,當振動(dòng)頻率落入人耳聽(tīng)覺(jué)范圍內時(shí),就會(huì )產(chǎn)生噪音,即所謂的“嘯叫”。正壓電效應相反,是受到力的作用,產(chǎn)生電場(chǎng)的過(guò)程。

無(wú)論是筆記本電腦還是手機,對電源的要求越來(lái)越高,通常在電源網(wǎng)絡(luò )上并聯(lián)大量的MLCC電容,如BUCK、BOOST架構的電源,當設計異�；蛘哓撦d工作模式異常時(shí),就很容易產(chǎn)生“嘯叫”。

在筆記本電腦中,當電腦處于休眠狀態(tài),或者啟動(dòng)攝像頭時(shí),容易產(chǎn)生嘯叫。

在手機中, 典型的一個(gè) 是GSM所用的PA電源,此電源線(xiàn)上的特點(diǎn)是功率波動(dòng)大、波動(dòng)頻率為典型的217Hz,落入人耳聽(tīng)覺(jué)范圍內(20Hz～20Khz),當GSM通話(huà)時(shí),用專(zhuān)用聽(tīng)診器聽(tīng)此電源線(xiàn)上的電容,很容易聽(tīng)到“滋滋”嘯叫音。

如何抑制?

1． BUCK電源通常有PWM和PFM兩種工作模式。PWM工作模式時(shí)紋波小,用在負載功耗比較高的條件下,為了避免BUCK在PWM工作模式時(shí),給電容充電的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)入人耳范圍內引起嘯叫,有的電源的開(kāi)關(guān)頻率會(huì )刻意避開(kāi)20hz～20Khz這個(gè)開(kāi)關(guān)頻率。

2． 當電源處于輕載模式時(shí),會(huì )間歇性的工作,間歇性輸出幾個(gè)脈沖,這個(gè)間歇性脈沖的頻率,也有可能被人耳聽(tīng)到。所以也要從電源或者負載的角度,來(lái)優(yōu)化PFM工作時(shí)間歇性脈沖的工作頻率,避免嘯叫。

3． 另一個(gè)是隱含的一個(gè)狀態(tài),在項目初期,系統往往不穩定,負載在正常和低功耗模式之間反復切換,電源也容易在PWM和PFM兩個(gè)模式之間反復切換,這個(gè)切換的時(shí)隙,這也可能引起嘯叫,需要軟件優(yōu)化系統的穩定性,避免負載工作模式異常切換來(lái)避免嘯叫。

4． BUCK電感的飽和電流選取不合適時(shí),有可能使得輸出電流增加,會(huì )誤觸發(fā)電源進(jìn)入過(guò)流保護,電源在正常工作模式和過(guò)流保護模式之間反復切換,也有一定可能性引起嘯叫,電感選取一定要合適。

5． 開(kāi)關(guān)電源本身紋波就大,多相開(kāi)關(guān)電源具有紋波小、電流大的優(yōu)點(diǎn),通過(guò)交錯相位,可以有效減小電源的紋波進(jìn)而抑制嘯叫。

6． 抑制嘯叫,除了上述軟件、參數、架構的修改之外,一個(gè)典型的方案是使用抗嘯叫電容,比如村田KRM系列和ZRB系列。

其特殊的結構可降低電容器的嘯叫現象,可吸收由熱量和機械沖擊引起的應力,實(shí)現高可靠性。相比于Ta電容,抗嘯叫MLCC電壓變動(dòng)⊿V比初期小7～22%。

7． 在布局的時(shí)候,也可以?xún)?yōu)化布局,電容彼此之間交錯排列,抑制振動(dòng)。

8． 甚至有的人提出了在電容旁邊挖槽,緩解嘯叫的方案。