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開關(guān)電源適配器紋波引起的音響電流噪聲的解決方法

發(fā)布時(shí)間：2023.02.26 12:00 瀏覽次數(shù)：229

開關(guān)電源適配器紋波引起的音響電流噪聲的解決方法
開關(guān)電源適配器（包括AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、AC/DC模塊和DC/DC模塊）與線性電源適配器相比較，最突出的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，一般可達(dá)80%～85%，高的可達(dá)90%～97%；其次，開關(guān)電源適配器采用高頻電子變壓器替代了笨重的工頻變壓器，不僅重量減輕，體積也減小了，越來(lái)越多的作為音響視聽設(shè)備的供電電源。但由于其開關(guān)MOS管工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，輸出的紋波和噪聲電壓較大，一般為輸出電壓的1%左右（低的為輸出電壓的0.5%左右），最好產(chǎn)品的紋波和噪聲電壓也有幾十毫伏（mV）。盡管開關(guān)電源適配器的工作頻率遠(yuǎn)超過(guò)人類的聽力范圍，但它們?cè)谔囟ǖ呢?fù)載條件下仍會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲。由此帶來(lái)的電流聲偏大一直是很多電子工程人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中頗為頭疼的難題。
開關(guān)電源適配器噪音來(lái)源于PCB設(shè)計(jì)/電路振蕩/磁元件三方面：
1）電路振蕩，電源適配器輸出有很大的低頻紋波。多是電路穩(wěn)定余度不夠引起。理論上可以用系統(tǒng)控制理論中的頻域法/時(shí)域法或勞斯判據(jù)做理論分析。現(xiàn)在；可以用計(jì)算機(jī)仿真方法方便的驗(yàn)證電路穩(wěn)定性，以避免自激振蕩發(fā)生，有多款軟件可以用。對(duì)于已經(jīng)做好的電路，可以增加輸出濾波電容或電感/改變信號(hào)反饋位置/增加PI調(diào)節(jié)的積分電容/減少開環(huán)放大倍數(shù)等方法改善。
2）PCB設(shè)計(jì)
A）主要是EMI噪音引起，射頻噪音調(diào)整PI調(diào)節(jié)器，使輸出誤差信號(hào)中包含擾動(dòng)。主要查看高頻電容是否離開關(guān)元件太遠(yuǎn)，是否有大的C形環(huán)繞布線等等...
B）控制電路的PCB線至少有兩點(diǎn)以上和功率電路共用。PCB覆銅線并非理想導(dǎo)體，它總是可以等效成電感或電阻體，當(dāng)功率電流流過(guò)了和控制回路共用的PCB線，在PCB上產(chǎn)生電壓降落，控制電路各節(jié)點(diǎn)分散在不同位置時(shí)，功率電流引起的電壓降對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)家入了擾動(dòng)，使電路發(fā)出噪音。這顯現(xiàn)多發(fā)生在功率地線上，注意單點(diǎn)接地可以改善。
3）磁元件
磁材有磁至應(yīng)變的特點(diǎn)，漆包線也會(huì)在泄露磁場(chǎng)中受到電動(dòng)力的左右，這些因素的共同作用下，局部會(huì)發(fā)生泛音或1/N頻率的共振。改變開關(guān)頻率和磁元件浸漆可以改善。

下面就自己在產(chǎn)品應(yīng)用過(guò)程中關(guān)于這方面的心得和大家分享一下。
問(wèn)題分析:
揚(yáng)聲器在開關(guān)電源適配器供電，無(wú)信號(hào)輸入情況下，輸出端可以聽到明顯的電流聲，而當(dāng)使用直流穩(wěn)壓電源或電池供電時(shí)，則電流聲極小，耳朵貼近揚(yáng)聲器都很難感覺得到。經(jīng)過(guò)測(cè)試分析，電流聲與供電電源適配器有很大的關(guān)系：是開關(guān)電源適配器的輸出紋波造成的。
解決方案:
在音頻功放IC電源前端加一個(gè)LC濾波電路（如下圖所示）

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，在功放IC電源前端增加該LC濾波電路后，使用開關(guān)電源適配器供電時(shí)，從揚(yáng)聲器聽到的電流噪聲極小，有非常大的改善。
注：我們使用的電感是繞線電感，電容是1000uF/16V電解電容（體積較小），若L和C中的任意一個(gè)數(shù)值增大，電流聲都會(huì)得到更多改善。

為什么開關(guān)電源適配器做音響的電源有電流噪音？
開關(guān)電源要比變壓器－整流器－穩(wěn)壓電路好的多,其振蕩頻率在1000KHZ以上,人耳沒有可能聽到,諧波頻率更高,但它有一個(gè)最大間題就是開關(guān)電源代負(fù)載能力的間題,大功率的開關(guān)電源到現(xiàn)在為止還是一個(gè)研究課題.以我看音響的電源有噪音的原因如下一,由于開關(guān)電源代負(fù)載能力不夠,使功放輸出級(jí)OCL電路產(chǎn)生了交越失真二,由于開關(guān)電源代負(fù)載能力不夠,過(guò)載使電源本身處于要停振的狀態(tài),振蕩頻率下降到10-100KHZ時(shí)產(chǎn)生的干擾,同時(shí)輸出電壓下降很大,對(duì)功放的各部分電路都有影響建議你在做功放輸出級(jí)OCL電路時(shí)用小功率的對(duì)管試一試。

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