背景

現(xiàn)代開關(guān)電源的設(shè)計要求由效率驅(qū)動，這不僅包括滿載條件下的效率，還包含斷開電纜連接時睡眠模式或空載條件下的效率。無論何種電源負(fù)載，電源系統(tǒng)集成商都必須滿足能源之星、80 Plus以及歐盟委員會的CoC等新規(guī)范。

要滿足這些要求，電源必須將開關(guān)頻率降至20kHz以下，有時甚至低至幾kHz。由于人耳可以聽到低于20kHz的聲音頻率（而且在2kHz至5kHz之間最敏感），因此很難避免出現(xiàn)音頻噪聲。對于消費者應(yīng)用而言尤其如此，例如所有客廳中都有電話或筆記本電腦充電器，或者LED驅(qū)動器，如果產(chǎn)生噪聲，那將是非常煩擾的事情。

電源噪聲的起因

對音頻噪聲最敏感的電源組件通常是MLC陶瓷電容器、電感器或變壓器。電感器和變壓器等磁性組件在一定頻率下會受高壓脈沖應(yīng)力的影響，導(dǎo)致物理效應(yīng)，例如線圈上的反向壓電效應(yīng)或鐵芯上的磁致伸縮。

反向壓電效應(yīng)和磁致伸縮是將施加的電能轉(zhuǎn)換為機械力的作用機制。這種機械力使線圈或鐵芯振動，從而使其周圍的空氣移位并表現(xiàn)為聲波。由于這些振動會在諧振頻率上被放大多倍，因此說到底，我們要設(shè)法解決的是這些電源組件產(chǎn)生的機械自諧振頻率（SRF）。

首先，我們需要測量機械SRF以查看其是否在音頻噪聲范圍內(nèi)。如果是，則找出諧振的來源。最后，在設(shè)計階段選擇合適的電氣參數(shù)以限制開關(guān)頻率的范圍。通過避免機械SRF，從而較輕松地降低噪聲。

機械自諧振

機械自諧振現(xiàn)象已經(jīng)有模型可以識別，并已定義了可用的控件。其中，胡克定律是較為特殊的一種模型。圖1顯示了彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的方程式。該系統(tǒng)類似于電感器的螺旋線圈以及焊接了磁性組件的PCB組件的質(zhì)量。

如上圖所示，紅球的質(zhì)量（m）與PCB組件的質(zhì)量相同。位移（x）由反向壓電效應(yīng)或磁致伸縮力引起。施加的力與PCB板重量之間的關(guān)系可以用一個二階微分方程來完美表述（見圖2）。

因此，該質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的諧振頻率可以用公式（1）來計算：

想要閱讀全文，請訪問MPS官網(wǎng)>>支持>>文章和新聞中心

https://www.monolithicpower.cn/cn/support/industry-information.html