浅谈如何降低反激式开关电源音频噪声

浅谈如何降低反激式开关电源音频噪声

西安展芯微电子技术股份有限公司张国卿

人耳可听的音频范围一般在20Hz~20KHz，尤其对2~4KHz最为敏感，当电源工作时存在以上频率分量且能量达到一定时，就会听到刺耳的音频噪声，如等响曲线图1。需要说明的是，在开关电源中存在一些音频噪声是正常的，要确定噪声是否在可接受范围内，必须在最终壳体或产品中进行测试。假如电源用在密闭的壳体中，音频噪声一般不会构成问题。

图1 等响曲线

目前反激式开关电源可以分为原边反馈式和次边反馈式，由于两类对频率控制方式不同，故音频噪声产生的原因是不相同的。

先来看看原边反馈式频率控制方式，从空载到满载时频率从一个低值（比如1KHz），逐渐上升到高值（比如65KHz），由于频率是连续增加的，所以会经历整个音频噪声区间。展芯微电子开发的第一代产品PR623X负载和频率呈线性关系，故在30%的负载内均可能发生异音；展芯微电子开发的新一代产品PR6214和PR6434，分别使用了先进的降噪音技术，其中PR6214采用了两段式频率曲线，PR6434采用优化的非线性频率曲线，如负载与频率曲线图2。使得音频噪声的负载区间大幅压缩，其中PR6214可以压缩到15%以内，PR6434可以压缩到7%以内，此时，由于开关电源传输能量极低，基本上可以消除异音。同时，PR6214和PR6434的频率曲线配合谷底导通模式，可实现较高的平均效率。

Load

Fosc

20KHz 30% 15%

7% 100%

图2 负载与频率曲线

次边反馈反激式开关电源一般情况下是不会发出噪声的，因为其开关频率都大于20KHz 。由于为了降低待机功耗，大多数电源在空轻载时要进入打嗝模式，尽管打嗝模式下的典型频率一般都在20KHz 左右，但是其波群间的频率可能进入音频范围，如打嗝模式图3。鉴于此，展芯微电子开发的次边反馈式产品将波群间频率控制小于1KHz ，有效降低音频噪声，如

PR6863N 、PR6244等

图3 打嗝模式

在开关电源中，有些器件是产生音频噪声的来源，如陶瓷电容和变压器（电感）如图4。陶瓷电容产生噪声的原因主要是其压电效应。所谓压电效应简单的说就是当瓷片电容在承受一定频率的交变电压时会产生机械振动，从而发出响声；变压器或电感是电源中另一个主要噪声源，其产生噪声的原因是包含有大量的可移动组件，如线圈、磁芯、骨架、胶带等。线圈中的电流产生电磁场，导致线圈间会发生排斥或者吸引，铁磁材料都会改变形状。从而使变压器组件产生机械振动。

当振动频率达到变压器的机械共振频率时，振动就会被放大，并可造成更大的音频噪声。

图4 开关电源噪声元件

如果确定噪声是由陶瓷电容发出的，可以用金属膜电容或者尝试使用介质材料不同的陶瓷电容进行替代；如果变压器有噪声，可以通过中柱点胶和清漆浸渍变压器来防止磁芯、线圈振动，从而降低音频噪声。

音频噪声也可由设计中的其他因素造成，因此，需要确保设计不会产生无法接受的噪声。比如输入电容过小、磁通密度设计过高、过载设计等等，均可能产生音频噪声。总之，要想消除音频噪声，需要从电路设计、元件选型、电源结构等多方面考虑；尤其重要的是，要选择适当的电源控制芯片，这方面展芯微电子可以为客户提供全方位的帮助。