直流电源降噪和测量
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文摘
直流开关电源可以生成可听噪音,经常听到轻微的哨子。可听噪音是从哪里来的,以及如何可以降低或消除了吗?本文将描述简单的方法来防止噪声测量和应用程序设计。继续读下去,找到共同的弱点在现有或计划中的PCB设计的直流电源电路。
介绍
这是一个普遍认为多层陶瓷电容器(mlcc)或直流电源电路造成音响噪音,但这不是真的。产生的噪音是印刷电路板,而不是组件。
图1显示了三个典型的评估板。这些组件的噪音,以及电路板的影响大小和其安装,本文逐步考察。
图1:评估板(1)
注意:
从左到右:MPQ4590、一个640 v, non-isolated监管机构高达400毫安输出电流从议员;45 v, MPQ4316 6,低,我问,同步降压转换器的频率扩频议员;MPQ4572, 60 v, 2,高效、充分整合、同步从议员巴克转换器。
振动源
MLCC陶瓷电容器的电压变化时由于压电效应,电容器的几何变化,从而导致振动(见图2)。
图2:MLCC振动
噪音是如何出现在PCB,直流电源电路的组件负责?
电压变化发生在陶瓷电容(MLCC)生成一个振动刺激。振动很容易听到speech-sensitive频率范围内(0.1千赫至7赫兹)。振动是通过焊点转移到PCB。PCB然后会发出声响的噪音与扬声器薄膜。
图3显示了典型的组件在一个直流电源电路。mlcc和PCB的尺寸是可听噪声的关键,和其他组件不出声。
图3:MLCC振动刺激,PCB噪声源
并不是所有mlcc行为以同样的方式。只有高容量II类和III类mlcc压电效应。塑造其他类型的电容器,电感、电阻和ICs不显示任何几何下负载的变化。这意味着其他组件都无关紧要的噪音来源(见表1)。
MLCC类我禁食,环 | MLCC类II, III X7R X5R, Y, Z | MLCC类II, III插入器类型,金属条 | 电解有机钽电容器 | 开关电感(成型) | 铁氧体磁珠、电阻、直流/直流转换器 | |
刺激 | 没有 | 是的 | 阻尼 | 没有 | 没有 | 没有 |
表1:组件分类在声音和听不清系统
直流电源在FCCM或麦
直流电源电路操作在强迫连续导电模式(FCCM)只生成可听噪声在speech-sensitive音频范围内(如GSM脉冲或其他周期性负载)。高直流交换式电源频率没有声响。
当一个直流电源电路在先进的异步模式(AAM),空载模式可以在较低的开关频率kHz范围低于20 kHz。麦开关频率不固定频率;他们是随机的,这可以减少可听到。麦只是活跃在空载电流,一般没有强烈的刺激,因此很少的噪音。
比较三个机械系统
可听噪声在PCB生成相同的方式创建声音弦乐器(见图4)。
图4:PCB的声音和音乐
这一理论进一步详细地描述如下:
- 刺激:系统接收输入信号,称为“刺激”。人类的耳朵是最敏感的2 khz和5 khz之间,在相同的范围很多多氯联苯的共振频率。刺激波形就像一个手指弹奏吉他或锤子触及和弦。它作为一个狄拉克冲动,许多组件导致的频率,如PCB共振,刺激的字符串,PCB响应与音响基本频率和色彩。最大的噪音发生当一个MLCC振动频率等于PCB共振频率。
- 振动:振动力量转移到运动。MLCC振动的自由空气不是声音,振动面太小。运动类似于这样一个振动仪器或字符串没有放大很难听到。
- 桥:振动传输到音板。(焊结)传递振动的桥梁。mlcc用金属锡条或插入器底物抑制振动能量转移。
- 音板:音板振动转移到可听噪音。PCB充当响板,堪比一个扩音器膜。
测量PCB噪音麦克风
噪声和直流电源电路的谐振频率和PCB山可以测量一个麦克风和一个小对象提供了一个狄拉克脉冲刺激。一个不错的选择是一个电容式传声器,敏感的磁场MLCC低于动态麦克风。
一根棍子由硬塑料或塑料镊子可以作为一个简单的机械听诊器可听噪音更容易听到(见图5)。金属物体发出响亮的声音,它可以帮助寻找点与一个更高的振动振幅。
图5:设置测量可听噪音
比较之间的动力和无动力的传声器测量表明,PCB共振频率是完全一样的(参见图6)。
动力条件:PCB兴奋的电信号。250 hz加载步骤导致MLCC震动,激发3900 hz的PCB的共振频率。
无动力的条件:PCB兴奋的机械冲击,和短推塑料棍使PCB振动机械在3900赫兹谐振频率。
激励的类型,无论是机械或电气、没有对PCB的共振频率的影响。机械冲击测试可以显示测试PCB的声行为,行为类似于后来的系列PCB,只要尺寸和附件点是可比的。
图6:测量9 cmx4cm,充分使用议员的MPQ4572系列SMT组装PCB
测量PCB转盘和麦克风的声音
如果一个压电加速度计不可用,一个转盘是一个简单的选择,它可以测量的水平振动的钻石(见图7)。如果一个移动的磁铁或动圈筒是唯一非机动的测量,电容电流的磁场干扰信号。动力测量,一个水晶盒是一个更好的选择,测量振动。麦克风措施积分时,墨盒或压电加速度计措施定义的点。
图7:双面,分层9 cmx9cm PCB共振频率为2166赫兹
麦克风显示第二个触摸和机修工反弹在锤的影响。大型筒振幅显示PCB的水平运动和与tonearm墨盒。双方支持这里的PCB,上面是免费的橡胶转盘的伴侣。
图8:设置测量可听噪声和单点振动之间的关系
表2列出了在不同条件下不同的共振频率。
PCB大小 | 条件 | 共振频率 |
4 cmx4.5cm | 以武力压躺在转盘橡胶垫 | 5690赫兹 |
4 cmx4.5cm | 躺在转盘橡胶垫 | 5058赫兹 |
4 cmx4.5cm | 双方支持 | 4552赫兹 |
9 cmx9cm | 躺在转盘橡胶垫 | 3742赫兹 |
6 cmx6cm | EVQ4590免费躺 | 3506赫兹 |
9 cmx9cm | EVQ4316免费躺 | 2395赫兹 |
9 cmx9cm | 双方支持 | 2166赫兹 |
表2:共振频率与PCB大小
在实际设计、PCB的力学模型可以用于初步设计状态第一次测量。挂载PCB在房地产测量共振频率和测量相结合。
叠加振动频率和PCB振动传输功能
的快速傅里叶变换(FFT)计算负载电流(参见图9)这些值,并比较与PCB的共振频率模型。检查是否计算频率到达PCB共振频率。
图9:快速傅里叶变换(FFT) 250 hz的方波
PCB的振动传递函数,这大约相当于一个机械系统二阶共振。它由一个质量和弹簧常数,由PCB大小和刚度(见图10)。
图10:简化PCB振动传递函数
重叠的FFT PCB振动传递函数,然后检查重叠与PCB共振频率。考虑到机械设计,确保大型振动振幅不能达到共振频率的面积。
如何减少噪声直流电源电路
在PCB的面积共振频率,振动都清晰可闻。避免重叠的振动频率和共振频率。
对于大多数多氯联苯,不可能改变电励磁,但PCB可以更改以下避免噪声的方法:
- 转变PCB尽可能高的共振频率,振动频率。更多的附件点增加PCB共振频率。
- 提高PCB阻尼和使用安装点软阻尼材料(如塑料、橡胶)。
- 一个较小的PCB大小增加了共振频率。
- 一个更大的接触面积增加阻尼材料阻尼,降低可听噪声。
结论
MLCC陶瓷电容器的电压的变化导致其几何变化由于压电效应,导致机械运动。这个振动中生成MLCC转移到通过焊点PCB,它可以放大的声音,类似于一个演讲者膜。振动的频率成分,PCB的尺寸,它的质量,弹簧常数,和安装的类型确定一个可听噪声生成。
开发直流PCB山时,注意把电路板许多分布式安装点增加共振频率。紧固用减振材料抑制了共振频率的质量。避免振动频率可以激发PCB的共振频率。硬件开发人员应该考虑是否可听噪声电路板上分心,如电话或显示器上在一个安静的环境。
频谱是预期造成的MLCC电力负荷概要文件必须确定。的共振行为计划,组装PCB必须估计。有了这个知识,力学的直流电源电路和PCB设计可以优化。
本文中描述的方法可以帮助工程师估计声学问题是否可能,并保存多个发展的多氯联苯。
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