大功率開關(guān)電源短路嘯叫原因分析

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大功率開關(guān)電源短路嘯叫原因分析

一、相信大家遇到過這種情況，測試開關(guān)電源或在實驗中有聽到類似產(chǎn)品打高壓不良的漏電聲響或高壓拉弧的聲音不請自來：其聲響或大或小，或時有時無；其韻律或深沉或刺耳，或變化無常者皆有。

當(dāng)輸出負(fù)載較大,接近大功率開關(guān)電源功率極限時,開關(guān)變壓器可能會進(jìn)入一種不穩(wěn)定狀態(tài):前一周期開關(guān)管占空比過大,導(dǎo)通時間過長,通;過高頻變壓器傳輸了過多的能量;直流整流的儲能電感本周期內(nèi)能量未充分釋放,經(jīng)PWM判斷,在下一個周期內(nèi)沒有產(chǎn)生令開關(guān)管導(dǎo)通的驅(qū)動信號或占空比過小大功率開關(guān)電源開關(guān)管在之后的整個周期內(nèi)為截止?fàn)顟B(tài),或者導(dǎo)通時間過短;儲能電感經(jīng)過多于一整個周期的能量釋放,輸出電壓下降,開關(guān)管下一個周期內(nèi)的占空比又會大……如此周而復(fù)始,使變壓器發(fā)生較低頻率(有規(guī)律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率)的振動,發(fā)出人耳可以聽到的較低頻率的聲音.此時的大功率開關(guān)電源變壓器工作在嚴(yán)重的超載狀態(tài),時刻都有燒毀的可能——這就是許多電源燒毀前“慘叫”的由來,相信有些用戶曾經(jīng)有過類似的經(jīng)歷.空載,或者負(fù)載很輕時開關(guān)管也有可能出現(xiàn)間歇性的全截止周期,大功率開關(guān)電源變壓器同樣工作在超載狀態(tài),同樣非常危險.

二、開關(guān)電源的嘯叫原因分析有如下幾點

1、截止?fàn)顟B(tài)變壓器嘯叫(Transformer)浸回路漆不良正常工作：
包括未含浸凡立水(Varnish)。嘯叫并引起波形有尖刺，但一般帶載能力正常，特別說明：輸出功率越大者嘯叫越甚之,小功率者則表現(xiàn)不一定明顯。本人曾在一款72W的充電器產(chǎn)品中就有過帶載不良的經(jīng)驗，并在此產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)對磁芯的材質(zhì)有著嚴(yán)格的要求。(此款產(chǎn)品客戶要求較為嚴(yán)格)補(bǔ)充一點，當(dāng)變壓器的設(shè)計欠佳也有可能工作時振動產(chǎn)生異響。
2、PWM嘯叫IC接地走截止?fàn)顟B(tài)線失誤：
通常產(chǎn)品表現(xiàn)為會有部分能正常工作，但有部分產(chǎn)品卻無法帶載并有可能無法起振的故障，特別是應(yīng)用某些低功耗IC時，更有可能無法正常工作。本人曾用過SG6848試板，由于當(dāng)初沒有透徹了解IC的性能，憑著經(jīng)驗便匆匆layout，結(jié)果試驗時竟然不能做寬電壓測試。悲哀呀！
3、超載狀態(tài)、光耦(OptoCoupler超載狀態(tài)截止?fàn)顟B(tài))工作電流點走線正常工作失誤通時
當(dāng)光耦的工作電流電阻的位置連接在次級濾波電容之前時也會有嘯叫的可能，特別是當(dāng)帶載越多時更甚。
4、低頻基準(zhǔn)穩(wěn)壓(嘯叫許多Regulator)IC截止周期TL431的接地線失誤：
同樣的次級的基準(zhǔn)穩(wěn)壓IC的接地和初級IC的接地一樣有著類似的要求，那就是都不能直接和變壓器的冷地?zé)岬叵噙B接。如果連在一起的后果就是帶載能力下降并且嘯叫聲和輸出功率的大小呈正比。當(dāng)輸出負(fù)載較大，接近電源功率極限時，開關(guān)變壓器可能會進(jìn)入一種不穩(wěn)定狀態(tài)：前一周期開關(guān)管占空比過大，導(dǎo)通時間過長,通過高頻變壓器傳輸了過多的能量；直流整流的儲能電感本周期內(nèi)能量未充分釋放，經(jīng)PWM判斷在下一個周期內(nèi)沒有產(chǎn)生令開關(guān)管導(dǎo)通的驅(qū)動信號或占空比過小；開關(guān)管在之后的整個周期內(nèi)為截止?fàn)顟B(tài)，或者導(dǎo)通時間過短；儲能電感經(jīng)過多于一整個周期的能量釋放，輸出電壓下降，開關(guān)管下一個周期內(nèi)的占空比又會大…如此周而復(fù)始，使變壓器發(fā)生較低頻率(有規(guī)律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率)的振動，發(fā)出人耳可以聽到的較低頻率的聲音。同時，輸出電壓波動也會較正常工作增大。當(dāng)單位時間內(nèi)間歇性全截止周期數(shù)量達(dá)到總周期數(shù)的一個可觀比例時，甚至?xí)钤竟ぷ髟诔曨l段的變壓器振動頻率降低，進(jìn)入人耳可聞的頻率范圍，發(fā)出尖銳的高頻哨叫。此時的開關(guān)變壓器工作在嚴(yán)重的超載狀態(tài)，時刻都有燒毀的可能這就是許多電源燒毀前慘叫的由來，相信有些用戶曾經(jīng)有過類似的經(jīng)歷。

5、空載或者負(fù)載很輕時
當(dāng)這種情況時開關(guān)管也有可能出現(xiàn)間歇性的全截止周期，開關(guān)變壓器同樣工作在超載狀態(tài)，同樣非常危險。針對此問題，可通過在輸出端預(yù)置假負(fù)載的方法解決，但在一些“節(jié)省”的或大功率電源中仍偶有發(fā)生。

6、當(dāng)不帶載或者負(fù)載太輕：
變壓器在工作時所產(chǎn)生的反電勢不能很好的被吸收。這樣變壓器就會耦合很多雜波信號到的繞組。這個雜波信號包括了許多不同頻譜的交流分量。其中也有許多低頻波，當(dāng)?shù)皖l波與你變壓器的固有振蕩頻率一致時，那么電路就會形成低頻自激。變壓器的磁芯不會發(fā)出聲音。我們知道，人的聽覺范圍是20--20KHZ。所以我們在設(shè)計電路時，一般都加上選頻回路。以濾除低頻成份。較好是在反饋回路上加一個帶通電路，以防止低頻自激。或者是將開關(guān)電源做成固定頻率的即可。

三、通過高頻變壓器傳輸了過多的能量，開關(guān)變壓器可能會進(jìn)入一種不穩(wěn)定狀態(tài)，前一周期開關(guān)管占空比較大，導(dǎo)通時間過長，直流整流的儲能電感本周期內(nèi)能量未充分釋放，經(jīng)PWM判斷，下一個周期內(nèi)沒有發(fā)生令開關(guān)管導(dǎo)通的驅(qū)動信號或占空比過小，開關(guān)管在之后的整個周期內(nèi)為截止?fàn)顟B(tài)，或者導(dǎo)通時間過短，儲能電感經(jīng)過多于一整個周期的能量釋放，輸出電壓下降，當(dāng)輸出負(fù)載較大,接近電源功率極限時。開關(guān)管下一個周期內(nèi)的占空比又會大。

如此周而復(fù)始，使變壓器發(fā)生較低頻率(有規(guī)律的間歇性全截止周期或占空比劇烈變化的頻率)振動，發(fā)出人耳可以聽到較低頻率的聲音，同時，輸出電壓動搖也會較正常工作增大，當(dāng)單位時間內(nèi)間歇性全截止周期數(shù)量達(dá)到總周期數(shù)的一個可觀比例時，甚至?xí)钤竟ぷ髟诔曨l段的變壓器振動頻率降低，進(jìn)入人耳可聞的頻率范圍，發(fā)出尖銳的高頻“哨叫”此時的開關(guān)變壓器工作在嚴(yán)重的超載狀態(tài)，時刻都有燒毀的可能—這就是許多電源燒毀前“慘叫”由來，相信有些用戶曾經(jīng)有過類似的經(jīng)歷，空載，或者負(fù)載很輕時開關(guān)管也有可能呈現(xiàn)間歇性的全截止周期，開關(guān)變壓器同樣工作在超載狀態(tài)，同樣非常危險。

針對此問題，可通過在輸出端預(yù)置假負(fù)載的方法解決，但在一些“節(jié)省”或大功率開關(guān)電源中仍偶有發(fā)生。當(dāng)不帶載或者負(fù)載太輕時，變壓器在工作時所產(chǎn)生的反電勢不能很好的被吸收。這樣變壓器就會耦合很多雜波信號到繞組。

這個雜波信號包括了許多不同頻譜的交流分量，其中也有許多低頻波，當(dāng)?shù)皖l波與你變壓器的固有振蕩頻率一致時，那么電路就會形成低頻自激。變壓器的磁芯不會發(fā)出聲音，知道，人的聽覺范圍是20--20KHZ所以我設(shè)計電路時，一般都加上選頻回路，以濾除低頻成份。

四、電感嘯叫的原因

如果耳朵能聽到嘯叫(吱吱聲)，可以肯定電感兩端存在一個20HZ-20KHZ(人耳范圍)左右的開關(guān)電流。
例如DC-DC電路的電感嘯叫，由于負(fù)載電流過大
DC內(nèi)部有一個限流保護(hù)電路，當(dāng)負(fù)載超過IC內(nèi)部的開關(guān)(MOS)電流時，限流檢測電路判斷負(fù)載電流過大，會立即調(diào)整DAC內(nèi)部開關(guān)占空比，或者立即停止開關(guān)工作，直到檢測負(fù)載電流在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時，在重新啟動正常的工作開關(guān)。從停止開關(guān)到重啟開關(guān)的時間周期正好是幾KHZ的頻率，正因為這個周期的開關(guān)頻率產(chǎn)生嘯叫
改善對策：降低負(fù)載電流或更換功率稍大的DC-DC，更改輸出電容等方法
負(fù)載電流或電壓過大導(dǎo)致
電感引起的噪聲問題：
電感--由于電流變化產(chǎn)生的感應(yīng)電壓引起傳輸線效應(yīng)，突變，串?dāng)_，開關(guān)噪聲，軌道塌陷，地彈和大大多數(shù)電磁干擾源(EMI)
例如：
數(shù)字電路具有噪聲，飽和邏輯(例如TTL和CMOS)在開關(guān)過程中會短暫地從電源吸入大電流，從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會很大，但由于邏輯級的抗擾度可達(dá)數(shù)百毫伏以上(由于電感引起--電流變化產(chǎn)生的感應(yīng)電壓)
電感加入磁芯，主要目的是為了提高電感線圈的電感(或互感)量。
反動電勢：
反電動勢是指有反抗電流發(fā)生改變的趨勢而產(chǎn)生電動勢，其本質(zhì)上屬于感應(yīng)電動勢。
反動電勢的由來：電流的變化引起磁場的變化。根據(jù)麥克斯韋的說法，變化磁場的周圍會產(chǎn)生電場，電場對其中的電荷會有電場力，電場力是非靜電力，產(chǎn)生電動勢

電源適配器生產(chǎn)廠家當(dāng)電流是從小增加到大時，產(chǎn)生的反向電動勢的方向與原電壓方向相同。當(dāng)電流從大到小時，產(chǎn)生的反向電動勢的方向與原電壓方向相反。

桌面式電源充電器生產(chǎn)廠家