噪音放大的各种原因

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噪音放大原因➀ 与其他元件接触


在高密度贴装有多个电子元件及设备的电源电路基板中，若电感器与其他元件接触，则电感器的微小振动将会被放大，从而会听到啸叫。


噪音放大原因➁ 漏磁通导致对周边磁性体产生作用


当电感器附近存在屏蔽罩等磁性体时，磁性体会因电感器漏磁通影响产生振动，从发生啸叫。


噪音放大原因➂ 与包括基板在内的组件整体固有振动数一致


通常情况下，用于电感器等产品中的小型磁性体磁芯单体，其磁致伸缩导致的空气振动基本不会被识别为啸叫。但电感器由多个部件组合而成，且贴装于基板上时，将会产生多个人耳可听频率的固有振动数，该振动放大后便会形成啸叫。同时，若与组件整体的多个固有振动数相一致时，在安装至组件中之后有可能会发生啸叫。


图8所示为，通过运用了FEM(有限元法)的计算机模拟器对贴装有功率电感器的基板振动情况进行分析的示例。所使用的分析模型中，功率电感器配置于基板（FR4）中央，并对基板长边2面进行了固定。


一般情况下，结构体发生共振的固有值（固有振动数）拥有多个，与此相应，会有各种各样的振动模式。在该"功率电感器＋基板"的分析模型中，随着频率的提高，各固有振动数也会出现各种各样的振动模式。图8所示的1次、2次、5次、18次振动模式中，功率电感器可能是振动源。其中，1次模式的振动频率与功率电感器单体的振动频率基本相同。但值得注意的是，Z方向(高度方向)振动较为显著的2次模式在功率电感器单体的情况下出现了较高的频率，但固定于基板上后出现了极低的频率。






以下就DC-DC转换器的功率电感器啸叫对策重点进行了总结。


重点1：避免流过人耳可听频率电流


避免流过人耳可听频率电流是最为基本的对策。


但以节能等为目的的间歇工作以及频率可变模式的DC-DC转换器等无法避免人耳可听频率的通电时，请尝试以下静音化对策。


重点2：周围不放置磁性体


不在电感器附近放置可能受漏磁通影响的磁性体(屏蔽罩等)。不得已需要接近时，则应使用漏磁通较少的屏蔽型(闭合磁路结构)的电感器，同时还应注意放置方向。


重点3：错开固有振动数


有时通过错开固有振动数或提高振动数可降低啸叫。例如，通过变更电感器形状、种类、布局、基板紧固等条件，包含基板的组件整体固有振动数将会发生变化。此外，啸叫常见于7mm尺寸以上的大型功率电感器中。通过采用5mm以下的小型功率电感器，固有振动数将会提高，从而可降低啸叫。


重点4：置换为金属一体成型型


如上所述，在全屏蔽型功率电感器中，鼓芯与屏蔽磁芯会因磁性相互吸引，从而在间隙部位会发生啸叫。同时，在无屏蔽型功率电感器中，漏磁通引起的电线振动会导致产生啸叫。


针对此类功率电感器啸叫问题，置换为金属一体成型型是有效的解决方案。这是通过在软磁性金属磁粉中嵌入空心线圈后进行一体成型的功率电感器。由于没有间隙，因此磁芯之间不会相互吸引，同时，由于固定线圈时使其与磁性体形成一体化，因此还可避免因磁通造成绕组振动的问题。不仅如此，TDK的产品还采用了磁致伸缩较小的金属磁性材料，因此可抑制因磁致伸缩导致的振动，通过置换无屏蔽型或全屏蔽型产品可有望降低啸叫。