原標(biāo)題：電路為什么會出現(xiàn)電感嘯？該如何解決？

引言

在電子電路的設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中，電感嘯叫是一個(gè)常見且棘手的問題。它不僅會產(chǎn)生刺耳的噪音，影響用戶體驗(yàn)，還可能暗示電路存在潛在的設(shè)計(jì)缺陷或運(yùn)行故障。電感嘯叫通常由電感器件（如變壓器、線圈等）在特定條件下產(chǎn)生，其頻率往往落在人耳可聽范圍內(nèi)（20Hz - 20KHz），從而被人們察覺。因此，深入探究電感嘯叫的產(chǎn)生原因，并尋求有效的解決方案，對于提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性具有重要意義。

一、電感嘯叫的產(chǎn)生原因

（一）電磁干擾

電磁干擾是電感嘯叫的常見原因之一。當(dāng)電路中的電感器件受到來自電源線、開關(guān)電源或其他電子設(shè)備的電磁場干擾時(shí)，電感內(nèi)部的磁場分布會發(fā)生變化，導(dǎo)致電感產(chǎn)生機(jī)械振動，進(jìn)而發(fā)出嘯叫聲。這種干擾可能通過空間輻射或傳導(dǎo)途徑傳播，對電感器件的正常工作造成影響。

（二）諧振效應(yīng)

電路中的電容器和電感器件在特定頻率下可能發(fā)生共振，形成諧振回路。當(dāng)諧振頻率落在人耳可聽范圍內(nèi)時(shí)，電感器件會因共振而產(chǎn)生大幅度的機(jī)械振動，從而產(chǎn)生嘯叫聲音。諧振效應(yīng)不僅與電感和電容的參數(shù)有關(guān)，還與電路的布局和連接方式密切相關(guān)。

（三）電流涌動

電路中突然的電流涌動或電壓變化會引起電感器件內(nèi)部的物理振動。例如，在開關(guān)電源中，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通或截止時(shí)，電感中的電流會發(fā)生急劇變化，導(dǎo)致電感產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生嘯叫聲。這種電流涌動可能由負(fù)載突變、電源波動或電路設(shè)計(jì)不合理等因素引起。

（四）電感器件設(shè)計(jì)缺陷

一些電感器件在設(shè)計(jì)或制造過程中存在缺陷，如線圈繞制不良、磁芯材料選擇不當(dāng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足等，都可能導(dǎo)致電感嘯叫問題的出現(xiàn)。例如，線圈繞制不均勻或存在空隙，會使電感內(nèi)部的磁場分布不均勻，增加機(jī)械振動的可能性；磁芯材料磁致伸縮系數(shù)過大，會在磁場變化時(shí)產(chǎn)生較大的機(jī)械變形，從而引發(fā)嘯叫。

二、電感嘯叫的解決方案

（一）準(zhǔn)確定位和診斷

在處理電感嘯叫問題之前，首先需要進(jìn)行準(zhǔn)確定位和診斷，找出問題的具體來源和原因。這可以通過以下方法實(shí)現(xiàn)：

1. 排除其他故障：確保電感嘯叫聲并非由其他故障或問題引起，如電源故障、負(fù)載異常、電路短路等。

2. 頻譜分析：使用頻譜分析儀檢測電路中的頻率成分，找出導(dǎo)致嘯叫聲的頻率范圍。通過分析頻譜圖，可以確定嘯叫頻率與電路中哪些元件的工作頻率相關(guān)，從而縮小故障范圍。

3. 熱成像：利用紅外熱成像技術(shù)檢測電路中是否存在異常的熱點(diǎn)。異常的熱點(diǎn)可能指示電路中存在過載、短路或元件故障等問題，這些問題可能導(dǎo)致電感嘯叫。

（二）針對具體原因的解決方案

1. 電磁干擾解決方案

• 增加線圈長度：通過增加電感線圈的長度，可以改變電感的電感量和分布電容，從而影響其諧振頻率，使其遠(yuǎn)離人耳可聽范圍。

• 改變連接方式：優(yōu)化電路布局和連接方式，減少電磁干擾的傳播途徑。例如，采用屏蔽線纜、增加濾波電容等方法，降低電磁干擾對電感器件的影響。

• 添加金屬罩：在電感器件外部添加金屬罩，可以有效屏蔽外界電磁干擾，保護(hù)電感器件的正常工作。

2. 諧振效應(yīng)解決方案

• 調(diào)整電容：通過調(diào)整電路中的電容值，改變諧振回路的諧振頻率，使其遠(yuǎn)離人耳可聽范圍。例如，在開關(guān)電源中，可以通過調(diào)整輸出濾波電容的值，來抑制諧振效應(yīng)引起的嘯叫。

• 選擇合適的工作周波數(shù)：根據(jù)電路的工作要求和電感器件的特性，選擇合適的工作頻率，避免電感器件工作在諧振頻率附近。

3. 電流涌動解決方案

• 降低電壓、減小電流：通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，降低電源電壓和負(fù)載電流，減少電流涌動對電感器件的影響。例如，采用降壓型DC - DC轉(zhuǎn)換器，將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓，降低電感上的電流應(yīng)力。

• 選擇電暈放電等級較高的材料：對于在高電壓、高電流狀態(tài)下容易產(chǎn)生電暈放電的電感器件，可以選擇電暈放電等級較高的材料，提高其耐壓性能，減少電暈放電引起的嘯叫。

4. 電感器件設(shè)計(jì)缺陷解決方案

• 改善制造工藝：在電感器件的制造過程中，注意線圈的均勻和緊密度，避免空隙和散繞現(xiàn)象。采用先進(jìn)的制造工藝和設(shè)備，提高電感器件的質(zhì)量和可靠性。

• 加強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)：對于振動和機(jī)械共振引起的嘯叫，可以通過加強(qiáng)電感器件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如增加支撐點(diǎn)、選用合適的膠墊等方式，來改善其振動特性，減少嘯叫的產(chǎn)生。

5. 電力質(zhì)量問題解決方案

• 選用合適的保護(hù)裝置：在電路中選用合適的保護(hù)裝置，如過壓保護(hù)、過流保護(hù)、浪涌保護(hù)等，防止電力質(zhì)量問題對電感器件造成損壞，引發(fā)嘯叫。

• 調(diào)節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)：對于電壓波動、諧波等電力質(zhì)量問題，可以通過調(diào)節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)，如安裝穩(wěn)壓器、濾波器等設(shè)備，來改善電源質(zhì)量，減少對電感器件的影響。

三、優(yōu)選元器件型號及作用

（一）功率電感

1. TDK的MLG系列功率電感

• 作用：在DC - DC變換器電路中，MLG系列功率電感作為儲能元件，在開關(guān)管導(dǎo)通期間存儲能量，在開關(guān)管截止時(shí)釋放能量，維持輸出電壓的穩(wěn)定。同時(shí)，它還可以與電容一起組成濾波電路，濾除電源中的高頻噪聲，提高電源的質(zhì)量。

• 選擇原因：該系列電感具有高飽和電流、低直流電阻、良好的溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足各種高功率應(yīng)用的需求。其磁芯材料采用高性能的鐵氧體材料，具有高磁導(dǎo)率和低損耗的特點(diǎn)，能夠有效提高電感的電感量和效率。

2. 村田的LQH系列功率電感

• 作用：在信號線路中，LQH系列功率電感可用于濾除不需要的信號頻率成分，作為帶通或帶阻濾波器的元件。它只允許特定頻段的信號通過，抑制其他頻段的干擾信號，從而提高信號的質(zhì)量和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

• 選擇原因：村田作為全球知名的電子元器件制造商，其LQH系列功率電感具有高精度、高可靠性、小尺寸等優(yōu)點(diǎn)。采用先進(jìn)的制造工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高Q值和低損耗，適用于對信號質(zhì)量要求較高的應(yīng)用場景。

3. 太陽誘電的VLCF系列功率電感

• 作用：在開關(guān)電源中，VLCF系列功率電感作為關(guān)鍵儲能元件，與開關(guān)管、二極管等元件配合工作，實(shí)現(xiàn)電壓的變換和能量的存儲與釋放。它能夠承受較大的電流和電壓應(yīng)力，保證開關(guān)電源的穩(wěn)定運(yùn)行。

• 選擇原因：該系列電感具有大電流承載能力、低噪音、良好的抗飽和特性等優(yōu)點(diǎn)。其獨(dú)特的磁芯結(jié)構(gòu)和繞線工藝，能夠有效降低電感的漏感和分布電容，提高電感的性能和效率。

（二）濾波電容

1. TDK的C系列陶瓷電容

• 作用：與功率電感一起組成LC濾波電路，濾除電源中的高頻噪聲。陶瓷電容具有高頻特性好、等效串聯(lián)電阻（ESR）低等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高濾波電路的性能。

• 選擇原因：TDK的C系列陶瓷電容采用高品質(zhì)的陶瓷材料和先進(jìn)的制造工藝，具有高精度、高穩(wěn)定性、長壽命等特點(diǎn)。其容量范圍廣泛，能夠滿足不同電路的濾波需求。

2. 村田的GRM系列鉭電容

• 作用：在電源電路中，鉭電容可作為儲能電容，為電路提供瞬時(shí)大電流。它具有容量大、體積小、漏電流小等優(yōu)點(diǎn)，能夠提高電源的穩(wěn)定性和可靠性。

• 選擇原因：村田的GRM系列鉭電容采用優(yōu)質(zhì)的鉭粉和先進(jìn)的封裝技術(shù)，具有高可靠性、低ESR、良好的溫度特性等優(yōu)點(diǎn)。適用于對電源質(zhì)量要求較高的電子設(shè)備。

（三）開關(guān)管

1. 英飛凌的OptiMOS系列MOSFET

• 作用：在開關(guān)電源中，作為開關(guān)元件，控制電能的轉(zhuǎn)換和傳輸。MOSFET具有開關(guān)速度快、導(dǎo)通電阻低、驅(qū)動功率小等優(yōu)點(diǎn)，能夠提高開關(guān)電源的效率和性能。

• 選擇原因：英飛凌的OptiMOS系列MOSFET采用先進(jìn)的工藝技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，具有高可靠性、低導(dǎo)通電阻、快速開關(guān)速度等特點(diǎn)。其豐富的產(chǎn)品系列能夠滿足不同功率等級和應(yīng)用場景的需求。

2. 安森美的N溝道MOSFET

• 作用：與英飛凌的MOSFET類似，安森美的N溝道MOSFET也用于開關(guān)電源中，實(shí)現(xiàn)電能的開關(guān)控制。它具有良好的電氣性能和熱性能，能夠保證開關(guān)電源的穩(wěn)定運(yùn)行。

• 選擇原因：安森美作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商，其N溝道MOSFET具有高品質(zhì)、高性能、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和測試，能夠滿足各種惡劣環(huán)境下的應(yīng)用需求。

四、基于優(yōu)選元器件的電路框圖設(shè)計(jì)

以下是一個(gè)基于上述優(yōu)選元器件的簡單DC - DC變換器電路框圖示例：

（一）電路框圖概述

該電路框圖主要包括輸入電源、濾波電路、DC - DC轉(zhuǎn)換芯片、功率電感、濾波電容、開關(guān)管、輸出負(fù)載等部分。輸入電源提供直流電壓，經(jīng)過濾波電路濾除高頻噪聲后，進(jìn)入DC - DC轉(zhuǎn)換芯片。DC - DC轉(zhuǎn)換芯片根據(jù)負(fù)載需求，控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和傳輸。功率電感在開關(guān)管導(dǎo)通期間存儲能量，在開關(guān)管截止時(shí)釋放能量，維持輸出電壓的穩(wěn)定。濾波電容進(jìn)一步濾除輸出電壓中的紋波，為負(fù)載提供純凈的直流電源。

（二）各部分元器件選型及作用

1. 輸入電源：采用穩(wěn)定的直流電源，如鋰電池或開關(guān)電源輸出的直流電壓。

2. 濾波電路：由TDK的C系列陶瓷電容組成，用于濾除輸入電源中的高頻噪聲，提高電源質(zhì)量。

3. DC - DC轉(zhuǎn)換芯片：選擇一款具有高效率、低功耗、寬輸入電壓范圍等特點(diǎn)的DC - DC轉(zhuǎn)換芯片，如TI的TPS5430等。該芯片能夠根據(jù)負(fù)載需求，自動調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通和截止時(shí)間，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出。

4. 功率電感：選用TDK的MLG系列功率電感，根據(jù)電路的功率需求和輸出電壓范圍，選擇合適的電感值和額定電流。

5. 濾波電容：在輸出端采用村田的GRM系列鉭電容和TDK的C系列陶瓷電容并聯(lián)的方式，進(jìn)一步濾除輸出電壓中的紋波，提高電源的穩(wěn)定性。

6. 開關(guān)管：采用英飛凌的OptiMOS系列MOSFET，根據(jù)電路的功率和電壓要求，選擇合適的開關(guān)管型號。

7. 輸出負(fù)載：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，連接相應(yīng)的負(fù)載設(shè)備。

（三）電路框圖繪制說明

1. 輸入電源：用一個(gè)矩形表示，標(biāo)注輸入電壓和電流參數(shù)。

2. 濾波電路：用兩個(gè)電容符號表示，分別標(biāo)注電容值和耐壓值。

3. DC - DC轉(zhuǎn)換芯片：用一個(gè)芯片符號表示，標(biāo)注芯片型號和引腳功能。

4. 功率電感：用一個(gè)電感符號表示，標(biāo)注電感值和額定電流。

5. 濾波電容：用兩個(gè)電容符號表示，分別標(biāo)注電容值和耐壓值。

6. 開關(guān)管：用一個(gè)MOSFET符號表示，標(biāo)注開關(guān)管型號和引腳功能。

7. 輸出負(fù)載：用一個(gè)負(fù)載符號表示，標(biāo)注負(fù)載的功率和電壓要求。

通過以上電路框圖設(shè)計(jì)和元器件選型，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)高效、穩(wěn)定、低噪音的DC - DC變換器電路，有效解決電感嘯叫等問題，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

五、結(jié)論

電感嘯叫是電子電路中常見的問題之一，其產(chǎn)生原因復(fù)雜多樣。通過深入分析電感嘯叫的產(chǎn)生原因，并采取相應(yīng)的解決方案，可以有效降低或消除電感嘯叫，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。在元器件選型方面，選擇合適的功率電感、濾波電容、開關(guān)管等元器件，能夠提高電路的性能和可靠性，減少電感嘯叫等問題的發(fā)生。同時(shí)，合理的電路設(shè)計(jì)和布局也是避免電感嘯叫的重要因素。希望本文能夠?yàn)殡娮庸こ處熢诮鉀Q電感嘯叫問題和元器件選型方面提供有益的參考。

在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的電路需求和應(yīng)用場景，對電路進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)試。同時(shí)，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新的元器件和技術(shù)不斷涌現(xiàn)，電子工程師應(yīng)不斷學(xué)習(xí)和掌握新的知識和技能，以應(yīng)對日益復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。