間歇工作、頻率可變模式、負(fù)荷變動(dòng)等可能導(dǎo)致人耳可聽(tīng)頻率振動(dòng)聲波是在空氣中傳播的彈性波，人的聽(tīng)覺(jué)可聽(tīng)到大約20～20kHz頻率范圍的"聲音"。在DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率電感器中，當(dāng)流過(guò)人耳可聽(tīng)范圍頻率的交流電流以及脈沖波時(shí)，電感器主體會(huì)發(fā)生振動(dòng)，該現(xiàn)象稱(chēng)為"線圈噪音"，有時(shí)也會(huì)被聽(tīng)成嘯叫現(xiàn)象。

功率電感器嘯叫機(jī)制隨著電子設(shè)備的功能不斷強(qiáng)化，DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率電感器也成為了噪音發(fā)生源之一。DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行ON/OFF，由此產(chǎn)生脈沖狀電流。通過(guò)控制ON的時(shí)間長(zhǎng)度(脈寬)，可得到電壓恒定的穩(wěn)定直流電流。該方式稱(chēng)為PWM(脈沖調(diào)幅)，其作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的主流方式獲得廣泛使用。但DC-DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率較高，達(dá)到數(shù)100kHz～數(shù)MHz，由于該頻率振動(dòng)超出了人耳可聽(tīng)范圍，因此不會(huì)感受到噪音。那么，為什么DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率電感器會(huì)發(fā)出"嘰"的嘯叫呢?可能的原因有幾個(gè)，首先可能的是以節(jié)省電池電力等為目的，讓DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行間歇工作的情況，或?qū)C-DC轉(zhuǎn)換器從PWM方式切換為PFM(脈沖調(diào)頻)方式，在頻率可變模式下運(yùn)行的情況。

電磁干擾：電感嘯叫通常由于電路中的電感器件(如變壓器、線圈等)受到電磁場(chǎng)的干擾而產(chǎn)生。這種干擾可能來(lái)自電源線、開(kāi)關(guān)電源或其他電子設(shè)備。諧振效應(yīng)：當(dāng)電路中的某些元件(如電容器、電感器件)在特定頻率下發(fā)生共振時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致電感嘯叫聲音的產(chǎn)生。電流涌動(dòng)：電路中突然的電流涌動(dòng)或電壓變化可能會(huì)引起電感器件內(nèi)部的物理振動(dòng)，從而產(chǎn)生嘯叫聲音。電感器件設(shè)計(jì)缺陷：一些電感器件設(shè)計(jì)不合理或存在質(zhì)量問(wèn)題也可能導(dǎo)致電感嘯叫問(wèn)題的出現(xiàn)。在處理電感嘯叫問(wèn)題之前，首先需要進(jìn)行準(zhǔn)確定位和診斷，找出問(wèn)題的具體來(lái)源和原因?？梢圆扇∫韵路椒ㄟM(jìn)行診斷：

排除其他故障：確保電感嘯叫聲并非由其他故障或問(wèn)題引起。頻譜分析：使用頻譜分析儀檢測(cè)電路中的頻率成分，找出導(dǎo)致嘯叫聲的頻率范圍。熱成像：利用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)電路中是否存在異常的熱點(diǎn)，指導(dǎo)問(wèn)題定位。處理方法一旦確定了電感嘯叫的具體原因，可以采取以下處理方式：降低電流涌動(dòng)：通過(guò)增加濾波電容、阻尼電阻等措施，減少電路中的電流涌動(dòng)，從而降低電感嘯叫聲音的產(chǎn)生。優(yōu)化地線布局：合理規(guī)劃地線布局，減小地線回路面積，降低電感器件受到的電磁輻射干擾。使用屏蔽措施：對(duì)容易受到電磁干擾的電感器件進(jìn)行屏蔽處理，如添加金屬罩、金屬蓋等。更換設(shè)計(jì)合理的電感器件：如果電感器件設(shè)計(jì)存在缺陷或質(zhì)量問(wèn)題，可以考慮更換設(shè)計(jì)合理、品質(zhì)可靠的電感器件。軟件調(diào)整：通過(guò)軟件調(diào)整降低電路中的共振頻率，避免電路出現(xiàn)諧振效應(yīng)。遠(yuǎn)離電磁干擾源：盡量避免將電感器件放置在電磁輻射強(qiáng)度較大的電磁干擾源附近。

一體電感(也稱(chēng)為固定電感或線圈)出現(xiàn)嘯叫聲的原因通常與以下因素有關(guān)：

1?磁飽和：當(dāng)電感中的電流增加到一定程度，使得電感的磁芯達(dá)到磁飽和狀態(tài)時(shí)，電感值會(huì)下降，導(dǎo)致電流急劇增加，這可能會(huì)引起電感產(chǎn)生振動(dòng)和嘯叫聲。

2?振動(dòng)和共振：電感線圈在電流通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的變化可能會(huì)引起線圈或磁芯的機(jī)械振動(dòng)。如果這些振動(dòng)頻率與電感或其固定結(jié)構(gòu)的自然頻率相匹配，就會(huì)發(fā)生共振，從而產(chǎn)生嘯叫聲。

3?電流紋波：在開(kāi)關(guān)電源或其他脈沖電流應(yīng)用中，電流的快速變化(紋波)可能會(huì)導(dǎo)致電感中的磁通量快速變化，進(jìn)而引起線圈或磁芯的振動(dòng)。

4?電磁力(洛倫茲力)：電流通過(guò)線圈時(shí)，會(huì)在線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與電流相互作用產(chǎn)生電磁力。這些力的快速變化可能會(huì)導(dǎo)致線圈或磁芯振動(dòng)。

5?不良的機(jī)械設(shè)計(jì)：如果電感的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，如固定不牢固、結(jié)構(gòu)脆弱或使用了易振動(dòng)的材料，那么在電流的作用下更容易產(chǎn)生嘯叫聲。

6?溫度變化：電感在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)殡娏鞯臒嵝?yīng)而升溫，導(dǎo)致材料膨脹系數(shù)不同引起的應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。

7?外部干擾：外部電磁干擾也可能導(dǎo)致電感產(chǎn)生額外的電流變化，從而引起嘯叫聲。

在筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)、電視機(jī)以及車(chē)載電子設(shè)備等日常使用的電子產(chǎn)品中，偶爾會(huì)聽(tīng)到一種“嘰”的噪音，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“嘯叫”。這種噪音的出現(xiàn)，往往與電容器、電感器等無(wú)源元件有關(guān)。特別是電感器的嘯叫，其成因復(fù)雜多樣，給用戶帶來(lái)了不小的困擾。本文將深入探討DC-DC轉(zhuǎn)換器等電源電路中的關(guān)鍵元件——功率電感器的嘯叫原因及相應(yīng)的解決策略。

功率電感器嘯叫的原因，主要可歸結(jié)為間歇工作、頻率可變模式以及負(fù)荷變動(dòng)等因素，這些因素可能導(dǎo)致人耳可聽(tīng)范圍內(nèi)的頻率振動(dòng)。聲波在空氣中傳播時(shí)，會(huì)形成彈性波，而人的聽(tīng)覺(jué)范圍大約在20～20kHz。在DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率電感器中，當(dāng)交流電流或脈沖波的頻率進(jìn)入人耳可聽(tīng)范圍時(shí)，電感器主體便會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)被稱(chēng)為“線圈噪音”，有時(shí)甚至?xí)徽`聽(tīng)為嘯叫聲。

隨著電子設(shè)備性能的不斷提升，DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率電感器也逐漸成為噪音問(wèn)題的來(lái)源之一。DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)開(kāi)關(guān)器件的ON/OFF操作產(chǎn)生脈沖狀電流，這種電流經(jīng)過(guò)PWM(脈沖調(diào)幅)控制，即通過(guò)調(diào)整ON時(shí)間長(zhǎng)度(脈寬)來(lái)獲得穩(wěn)定的直流電流。然而，由于DC-DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率往往高達(dá)數(shù)十kHz至數(shù)MHz，這一頻率范圍超出了人耳的可聽(tīng)范圍，因此我們通常不會(huì)直接感受到這種噪音。

在功率電感器中，這種磁致伸縮現(xiàn)象導(dǎo)致的磁性體磁芯振動(dòng)無(wú)法完全消除。盡管功率電感器單體的振動(dòng)水平較低，但當(dāng)它被貼裝到基板上時(shí)，如果其振動(dòng)頻率與基板的固有頻率相近，振動(dòng)就會(huì)被放大，進(jìn)而產(chǎn)生嘯叫。

此外，磁性體磁芯的相互吸引也是一個(gè)重要因素。當(dāng)磁性體被外部磁場(chǎng)磁化時(shí)，它會(huì)展現(xiàn)出磁鐵的特性，從而與周?chē)拇判泽w相互吸引。例如，在全屏蔽型功率電感器中，鼓芯與屏蔽磁芯之間雖然設(shè)有間隙，但繞組中的交流電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而磁化鼓芯與屏蔽磁芯，使它們因磁力而相互吸引。如果這種振動(dòng)在人耳可聽(tīng)頻率范圍內(nèi)，就會(huì)聽(tīng)到噪音。

電感在電路中產(chǎn)生嘯叫聲，其根源在于電感本身的特性與電路中其他因素的相互影響。間歇性工作、頻率可變性以及負(fù)荷波動(dòng)等因素，都可能導(dǎo)致人耳可聽(tīng)范圍內(nèi)的頻率振動(dòng)。聲波，作為在空氣中傳播的彈性波，人的聽(tīng)覺(jué)能夠捕捉到大約20至20kHz頻率范圍內(nèi)的聲音。在DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率電感器中，當(dāng)交流電流或脈沖波流過(guò)，且其頻率在人耳可聽(tīng)范圍內(nèi)時(shí)，電感器主體便會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為“線圈噪音”。有時(shí)，這種噪音甚至?xí)徽`聽(tīng)為嘯叫聲。

電感在電路中發(fā)出嘯叫聲，這通常是由電感自身的特性與電路中其他因素的相互影響所導(dǎo)致的。以下是一些可能引發(fā)電感嘯叫的具體原因：

磁性體磁芯的磁致伸縮：當(dāng)對(duì)磁性體施加磁場(chǎng)使其磁化時(shí)，其外形會(huì)經(jīng)歷細(xì)微的變化，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為“磁致伸縮”或“磁應(yīng)變”。在以鐵氧體等磁性體為磁芯的電感器中，繞組產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致磁性體磁芯發(fā)生伸縮，從而有時(shí)可以檢測(cè)到其產(chǎn)生的振動(dòng)聲。

盡管鼓芯與屏蔽磁芯之間的間隙可以通過(guò)粘結(jié)劑進(jìn)行封閉，但為了防止因應(yīng)力產(chǎn)生開(kāi)裂，通常不會(huì)使用較硬的材料，這就使得無(wú)法完全抑制因相互吸引所導(dǎo)致的振動(dòng)。

那么，究竟是什么原因?qū)е翫C-DC轉(zhuǎn)換器的功率電感器發(fā)出“嘰”的嘯叫聲呢?這可能歸因于幾種情況。一種可能是為了節(jié)省電池電力等目的，DC-DC轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)為間歇工作模式，或者從PWM方式切換到PFM(脈沖調(diào)頻)方式運(yùn)行，在這種頻率可變模式下，可能產(chǎn)生人耳可聽(tīng)范圍內(nèi)的頻率振動(dòng)。展示了PWM方式和PFM方式的基本原理。

PWM調(diào)光等DC-DC轉(zhuǎn)換器間歇工作導(dǎo)致的嘯叫

為了節(jié)能和延長(zhǎng)電池壽命，移動(dòng)設(shè)備常采用DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行間歇工作，特別是在液晶顯示器背光自動(dòng)調(diào)光功能中。這種調(diào)光方式會(huì)根據(jù)使用環(huán)境照度自動(dòng)調(diào)整背光亮度，從而優(yōu)化電池使用時(shí)間。

磁性體，這一由多個(gè)小范圍磁疇集合而成的物質(zhì)，其內(nèi)部原子磁矩呈現(xiàn)一致性，使得每個(gè)磁疇都像一個(gè)小型磁鐵那樣自發(fā)磁化。然而，整個(gè)磁性體并不表現(xiàn)出磁鐵的特性，因?yàn)槠鋬?nèi)部多個(gè)磁疇的自發(fā)磁化在宏觀上相互抵消。當(dāng)外部磁場(chǎng)作用于這種處于消磁狀態(tài)的磁性體時(shí)，各個(gè)磁疇會(huì)調(diào)整其自發(fā)磁化的方向，以適應(yīng)外部磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致磁疇邊界——磁壁的移動(dòng)。隨著磁化的深入，優(yōu)勢(shì)磁疇逐漸擴(kuò)大，最終形成單一磁疇，并達(dá)到飽和磁化狀態(tài)。這一過(guò)程中，原子層面的微小位置變化在宏觀上表現(xiàn)為磁致伸縮，即磁性體形狀的輕微改變。

盡管磁致伸縮引起的外形變化極為微小，大約只有原尺寸的萬(wàn)分之一甚至百萬(wàn)分之一，但在實(shí)際情況下，當(dāng)電流流過(guò)繞在磁性體上的線圈并產(chǎn)生交流磁場(chǎng)時(shí)，這種反復(fù)的伸縮運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致磁性體產(chǎn)生振動(dòng)。在功率電感器中，這種由磁致伸縮引起的振動(dòng)無(wú)法完全避免。盡管單體的振動(dòng)水平較低，但如果貼裝在基板上的電感器與基板的固有振動(dòng)頻率相吻合，那么這種振動(dòng)就會(huì)被放大，從而產(chǎn)生嘯叫聲。

PWM調(diào)光是其中一種關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)控制LED的亮燈和熄燈時(shí)間來(lái)調(diào)整亮度。其優(yōu)點(diǎn)在于色度變化較小，常用于筆記本電腦和平板電腦等的背光系統(tǒng)中。然而，當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器以200Hz左右的低頻率進(jìn)行間歇工作時(shí)，雖然人眼幾乎察覺(jué)不到背光頻閃，但這種頻率卻恰好處于人耳可聽(tīng)范圍內(nèi)。因此，當(dāng)功率電感器中流過(guò)這種間歇電流時(shí)，電感器主體會(huì)因頻率振動(dòng)而產(chǎn)生嘯叫。