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浅析电感噪音以及解决办法
时间:2020-12-17

浅析电感噪音以及解决办法(图1)



 噪音产生的原理


噪声的是由物体振动产生的,下面我们以扬声器为例了解下振动原理。

扬声器不是将电能直接转换成声能,而是利用载体电流(音圈或线圈)在磁铁之间相互作用,使音圈振动而带动针膜振动:

电能——机械能——声能。

浅析电感噪音以及解决办法(图1)

扬声器:当线圈两端电流方向发生变化时,在永久磁体的磁场直接相互作用,使音圈振动而带动振动膜振动。电能——机械能——声能。

扬声器是利用线圈两端电流变化时会生产机械动能而发出声音,电感可以制做成扬声器吗?

假设是把电感的线圈加上振动膜,且做一个小的音腔,电感就变成了一个喇叭了其实即便不在电感线圈上加振动膜和音腔,在电感两

端加上足够大的驱动电流,电感也可以发出声音开,只是机械能转换为声能的效率很低,声音很小,发出的音量很低,不易听见!


 电感会不会也生产噪音?


如果耳朵能听到啸叫(吱吱声),可以肯定电感两端存在一个20HZ-20KHZ(人耳范围)左右的开关电流。

例如DC-DC的电感啸叫,由于负载电流过大DC内部有一个限流保护电路,当负载超过IC内部的开关(MOS)电流时,限流检测电路

判断负载电流过大,会立即调整DAC内部开关站空比,或者立即停止开关工作,直到检测负载电流在标准范围内时,在重新启动正常

的工作开关。从停止开关到重启开关的时间周期正好是几KHZ的频率,正因为这个周期的开关频率生产啸叫。

浅析电感噪音以及解决办法(图2)

啸叫噪音的大小与电感绕制的质量有一定关系,绕制较松,其产生的啸叫声将越大。


 电感发出声音条件:


1、通过电感的电流生产大小的变化→这会引起磁通量的变化。

2、电感周围存在导体,使其足以发生楞次效应 →导体感应到电感的磁通,而生产了相斥的磁场→灯具的铝毂 /电容提供了这个条件 。  

我们都知道磁铁同性相斥异性相吸,电感/变压器在工作时内部会产生较强的交变磁场,处于这个磁场中的磁芯、线圈都会受到磁场的

作用力,如果在力的作用下发生了周期性的振动、摩擦、材料变形等,便会产生噪声,高频激励源和复杂的机械结构形成的振动系统

可能导致人耳可闻的噪音出现。

浅析电感噪音以及解决办法(图3)


 线圈振动引起电感噪音 


电感线圈匝与匝之间间隙较大,排列不够紧密,若胶水没有完全渗透到线圈缝隙之间使其固定,很容易引起噪音。

交流电流的方向是随频率在不断改变,正因为如此,使得线圈匝与匝之间产生相互吸斥现象,随着频率的升高,这种吸斥现象演变为振

动,倘若振动频率在20HZ-20KHZ之间(音频:人耳朵能听到的频率范围),就形成了噪音。


 解决办法:

1.线包与磁芯间的楞次定律→加强固定线包,以限制其移动的空间。含浸线圈,或加粗线径。

2.磁芯跟磁芯间的楞次定律 →透过使用胶来固定,限制其可移动的空间来解决 。


 磁伸缩(磁畸变)引起电感噪音 


电感所用的磁芯材料基本都属于软磁性材料,磁性材料的原料磁粉,有磁力格化现象(磁伸缩),即当磁芯内部的磁粉被磁化时,材料

的体积会发生轻微的变化,随着电压的提高,频率的增加,这种变化会越来越激烈,最终发展成为振动,倘若磁芯与磁芯结合部分存在

间隙,很容易产生共鸣发出噪音。


 解决办法:

1、组装时候尽量减小磁芯与磁芯粘接面之间的间隙,夹子的力度适当均匀,务必要做到磁芯与磁芯之间接触紧密,另外磁芯中柱气隙

处的间隙空间往往最容易产生共振,最好的方法是将其用胶水完全填充。

2、换磁畸变量小的高磁通密度磁芯材质:畸变小,振动小,能有效的减小噪音。

3、换磁芯粉末细的材料,我們可以使用粒径更小的铁粉,以降低顆粒間Gap距离,增加Gap數量.其作用是导致磁壁間摩擦所产生的振动

頻率超出一般听力20KHz的范围。

注:将振动频率超出20KHZ以上人耳朵就听不到了


 电路谐振引起的噪音 


电路会有寄生电容的存在,当电源频率达到和非常接近电路本身LC固有频率时发生谐振,而恰好谐振频率点刚好落在音频的范围之内

时,形成噪音。


 解决办法:

1、调整电源管理IC的输出频率以避开谐振频率点。

2、调整电感值,避开谐振频率点。(如取感值的上,下限,其意义是改变谐振频率)

   

 电晕效应引起噪音 


材料因绝缘不良所产生局部放电,主要表现为,漆包线绝缘不良,匝与匝之间的漆包膜有破损,划伤,针孔等,在某些高压情况下对周

边环境产生了放电现象,激荡周边空腔形成共振。


解决办法:

1、线圈含浸处理,通过含浸的方法,加强线圈的绝缘性能。

2、更换品质更好的漆包线材。


电感超负荷工作 


实际工作电流太大,达到或超出额定电流1/3以上有可能会引起电感发出噪音。


解决办法:

1、降低磁芯的有效导磁率,增加线圈匝数。

2、增加磁芯的窗口有效截面积。


 磁芯研磨不平引起噪音 


在生产过程中,一般大电流电感的磁芯都需要研磨气隙,倘若气隙研磨不够平整(尤其是中柱的气隙),附近的磁通方向便会发生扭曲,

造成磁通拥挤的情况,很有可能导致噪音产生。


解决办法:

磁芯气隙研磨平整。


 磁芯材料破损 


成品磁芯破裂,中柱断裂,磁芯内部的磁粉被磁化时,由于存在磁伸缩现象(磁畸变:前面已经有做讲解),产生噪音。


解决办法:

1、选用强度好的磁芯材料生产。

2、选用柔性的膨胀系数小的胶水来做填充之用。


 PCB走线的设计,附近磁场的辐射 


PCB板走线设计不合理,比如说走线构成闭环,造成很强的EMI辐射强度,干扰电感。走线设计不合理,造成电路谐振等都会使噪音产生。

另外附近磁场辐射也会造成电感发出噪音。


解决办法:

1、与客户沟通协商,调整电路设计。

2、调整电感的位置,远离干扰,远离辐射。


以上只是对一些常见的电感噪音问题进行简单的分析说明,大家都知道振动才会发出声音,电感噪音的产生也是同样的道理,我们在处

理这类问题的时候只有找到振动发声的源头,才能采取科学合理的应对措施来解决问题。