上周同事遇到了电感啸叫的问题,他问我是什么原因。我看他单板空载,判断是DC-DC进入轻载模式,电感上的电流交变频率在20KHz以下,所以会听到声音。

 

于是我建议他测一下SW管脚的波形,测出来是5KHz。刚好证明了我的猜想是正确的。接着就让他尝试去换了一个感值更大的电感,换好以后,上电测试,听不到电感啸叫了。

 

在工作中经常会遇到的电感啸叫的问题,正常来说,DC-DC的开关频率一般在100KHz~2MHz,远超人耳的可听范围20Hz~20KHz,但是在轻载或者电感选型不合理的时候,会导致DC-DC处在“降频”工作的模式上,此时流过电感的电流波动周期就不是100KHz~2MHz,而是由负载的大小和DC-DC芯片的内部电路决定此时的工作频率。当流过电感的电流频率在20~20KHz的范围内时,我们就能听到刺耳的“嗞”的声音。

 

电感啸叫是电感工作不正常的外在表现,而啸叫的本质原因是振动,振动的原因总结起来有三种类型:

 

 (1)磁性体磁芯磁致伸缩作用

图片来源于TDK

 

(2)磁性体磁芯磁化导致相互吸引

图片来源于TDK

 

 (3)漏磁通导致绕组振动

图片来源于TDK

 

上面三张图片资料详细分析了电感啸叫的本质原因。不再转述。

 

电感是高速电路设计中常用器件之一,按照电感在电路中起到的作用分类,电感在电路的作用主要有三类:

 

(1)滤波

 

电感和电容配合形成LC滤波器或者是π型滤波器。在设计滤波器截止频率时,需要关注LC电路会存在自谐振的问题,如果自谐振的频率在滤波频率范围内,那么可能会导致滤波后纹波增大。另外,电感的直流电阻会导致一定的压降存在。

 

(2)阻碍电流变化

 

共模电感差模电感使用的原理就是通过电流流经线圈时,电感形成的磁场阻碍电流的变化。由于共模电感的同名端同向,电流流过时,电感线圈的磁场增强,对共模电流表现出巨大的阻碍作用。

 

(3)通直流,阻交流

 

电感阻抗的公示Z=jwL,当通过电感电流的交流分量频率越大,电感对电流阻碍作用越强,而对直流电流变现出来的阻抗就很小。

 

按照其在功能电路场合的使用,也可以分为三类:

 

(1)射频电感

 

(2)信号电感

 

(3)电源电感

 

在选择电感时,最基本是需要关注四个参数:

 

(1)电感值

 

(2)直流电阻

 

(3)自谐振频率

 

(4)额定电流

 

其中在自谐振频率中,电感的Q值是一个很重要的参数,Q值越大,电感的损耗越小。在额定电流中,要注意电感的饱和电流和温升电流这个两个参数。

 

电感在封装形式上主要有两种:

 

(1)屏蔽型

(2)非屏蔽型

非屏蔽电感的漆包线都是裸露在外部的,一般可以肉眼观察到线圈,没有磁屏蔽罩;屏蔽电感外面带有磁屏蔽罩,EMI效果好,能减小电感对外界的电磁干扰。在高速电路的电源设计中一般都是选用带屏蔽的电感,并且敏感的信号远离电感放置。