什么是嘯叫？一般什么頻率才會嘯叫？電感發聲嘯叫的原因

1、什么是嘯叫？

"嘯叫"通常指的是一種高頻、尖銳、持續的噪音或聲音。在技術和電子領域，嘯叫常常是指電路中的一種異常聲音，類似于哨聲或尖銳的嗡嗡聲。這種聲音通常是由于電路的不穩定性、振蕩或其他干擾因素引起的。

在電路中，嘯叫聲可能是由于反饋回路、電源紋波、元件損壞、電磁干擾或其他電路問題引起的。這種聲音不僅可以影響設備的正常工作，還可能是電路性能不穩定或存在故障的標志。

我們小時候，大人說電視機里面發出一種“電流的聲音”，其實我們知道電流本身沒有聲音！聲音是機械能，那么一定是振動才會導致的聲音。

2、一般什么頻率才會嘯叫

嘯叫聲通常與振蕩頻率有關，而振蕩頻率又取決于電路的特性以及工作條件。一般來說，嘯叫聲的頻率可以在聽覺范圍內，即20 Hz到20kHz之間。在電路中產生嘯叫的頻率可能在這個范圍內，但具體取決于以下因素：

電路的特性： 不同類型的電路和元件有不同的頻率響應。例如，某些電感和電容組合的電路可能在特定頻率上振蕩，導致嘯叫聲。

工作頻率： 如果電路工作在高頻范圍，那么振蕩和嘯叫的頻率可能會在聽覺范圍內。一些射頻（無線電頻率）電路或高頻交流電路可能更容易產生聽得到的噪聲。

電源頻率： 如果電源的頻率或其諧波處于聽覺范圍內，可能會在電路中引入噪聲。例如，50 Hz或60 Hz的交流電電源頻率及其諧波可能引起聽得到的噪聲。

非線性效應： 當電路中存在非線性元件時，可能會發生頻率倍增，產生高頻的振蕩。這些高頻成分有時也可以被聽到。

3、電感發聲嘯叫的原因

電感在電路中發出嘯叫聲通常是由于電感本身的特性和電路中的其他因素相互作用引起的。以下是一些可能導致電感嘯叫的原因：

電感耦合振蕩： 電感是一種儲存電能的元件，當電流通過電感時，它會在磁場中儲存能量。如果在電路中存在反饋回路，并且反饋足夠強，就可能引起電感耦合振蕩。這種振蕩可能在可聽范圍內，導致嘯叫聲。

飽和和非線性效應： 在高頻或大電流情況下，電感可能經歷飽和，即磁場變得飽和并且不再線性。這會導致電感的電感值發生變化，可能引起振蕩和噪聲。

電感內部噪聲： 電感內部可能存在一些不完美性，例如線圈之間的電容或者線圈內部的非均勻性。這些因素可能導致電感內部噪聲，表現為振蕩或嘯叫聲。

電感耦合到其他元件：如果電感與其他元件耦合，尤其是在高頻電路中，可能引起電感的振蕩。

4、在什么情況下電感容易嘯叫

（1）大功率開關電源重載的嘯叫。相信大家遇到過這種情況，開關電源在滿載后突然將電源短路測試，有時會聽到電源有嘯叫的情況；或者是在設置電流保護時，當電流調試到某一段位，會有嘯叫，其嘯叫的聲音抑揚頓挫，甚是煩人，究其原因主要如下：

當所帶負載接近電源的輸出功率極限時，開關變壓器會工作在非穩態：在第一個周期由于開關管占空比過大、導通時間太長，通過變壓器向后級傳輸了過多的能量。直流整流電路的儲能電感無法在第二個周期內完全釋放第一個周期存儲的能量。當第三個周期到來時，電源芯片將不會讓開關管導通，或者讓開關管導通的占空比很小。這樣，儲能電感存儲的能量經過第二個和第三個周期的釋放，導致輸出電壓下降。這樣，第四個周期到來時，電源芯片會驅動開關管導通過大的一個占空比……這樣周而復始，就會讓變壓器產生低頻振動，從而發出人耳可以聽到的聲音。電源工作在非穩態時，輸出的紋波電壓也比工作在正常狀態時大很多。當開關管全截止的周期數在總的周期數中所占的比例達到一定占比時，電源的開關頻率就從高頻范圍進入了音頻范圍，從而發出尖銳的“嘯叫”。此時的變壓器已經處于嚴重超載狀態，隨時可能燒毀。有些讀者可能經歷過電源燒毀前的“慘叫”。

（2）空載或負載很輕時。開關管也會出現間歇性的全截止周期，此時變壓器也處于超載狀態，可以在輸出端增加假負載來解決這個問題。另外，在空載或輕載場景，變壓器工作時產生的反電勢無法被很好地吸收，導致很多雜波信號耦合到變壓器的一次繞阻和二次繞阻。當這些雜波中的低頻分量與變壓器的固有振蕩頻率一致時，就會發生諧振。為了避免諧振頻率落入音頻范圍，可以在電路中增加選頻回路，濾除低頻分量。

（3）變壓器浸漆不良。包括未含浸凡立水(Varnish，即清漆)。變壓器浸漆不良時，雖然帶載能力一般不受影響，但會產生嘯叫、輸出波形有尖刺。需要注意的是，變壓器的設計不良時，也可能在工作時振動產生嘯叫。

（4）初級穩壓電源芯片接地線走線不良。接地線走線不良時，常見的表現是概率性故障（部分產品可以正常工作，部分產品故障）。故障現象為無法帶負載，甚至無法起振。

（5）光耦工作電流點走線不良。如果光耦的工作電流電阻的位置放置在次級濾波電容之前，則容易出現嘯叫。負載越大，嘯叫越明顯。

（6）次級穩壓電源芯片的接地線失誤。變壓器次級的基準穩壓芯片的接地和初級的電源穩壓芯片的接地有類似的要求：不能直接和變壓器的冷地、熱地相連接。如果連在一起，會導致帶載能力下降并且產生嘯叫。負載越大，嘯叫越明顯。

5、電感嘯叫的案例

以圖所示的DCDC降壓電路圖為例，來說明如何解決電感的嘯叫問題。

不同型號的DCDC電源芯片的開關頻率不同。即使同樣的外圍電路，振蕩頻率也可能有差別，輸出脈沖也有差異。如圖11.1所示是MP4420芯片的典型電路。R149和R150為反饋電阻，調節R149和R150的值，可以調整輸出電壓VO，VO=0.792*（1+R149/R150）。

L2為輸出電感，L2電感量越大，則輸出紋波越小，紋波的大小還會影響到輸出電壓調整的靈敏度。紋波越小，靈敏度越高，輸出電壓越穩定。L2電感量越小，紋波越大，輸出靈敏度越低，輸出電壓穩定度降低。

C222為輸出電容，C222的ESR越小，則允許流經電容的紋波電流越大，保證電容使用壽命的同時，紋波電壓也越小。另外，電容的容量越大，紋波電壓也越小。

當電感線圈L2的振動頻率落入音頻范圍（20Hz~20kHz）時，就會產生嘯叫。MP4220的輸出穩壓是以PWM方式實現的，當電路負載較小時，輸出方波脈寬變窄，即占空比變小。當電路負載小于某個數值時，無法繼續調整占空比。為了實現輸出穩壓，不同的芯片采用的方案不同：有的芯片通過降低開關頻率來實現；有的芯片通過周期性的丟棄一些脈沖來實現。不管是降開關低頻率還是周期性丟棄脈沖，如果調整后的開關電流的頻率落入音頻范圍，就會產生嘯叫。

解決嘯叫問題的方法就是避免開關頻率落在20Hz~20kHz范圍內。方法有多種，具體如下。

①可以在EN管腳外接一個時鐘源來控制使能，改變電源開關頻率，避免開關電流頻率落入音頻范圍，從而避免電感的嘯叫。

②改善電感L2的工藝（如灌膠或增加浸漆工序等），減小振動。

③在紋波允許范圍內，適當加大紋波幅度。如果需要，可以多加一級濾波。

實測電路圖和波形如圖

MP4220在低負載的場景下進入了“節能模式”，開關頻率從410kHz降低到了138kHz。如果進一步降低負載，開關頻率落入20Hz~20kHz范圍，電感就會產生嘯叫。

為了解決嘯叫，只能選擇沒有節能模式的芯片或者給電路一個假負載。

6、陶瓷電容的嘯叫

陶瓷電容在某些情況下也可能產生嘯叫聲，這通常與電容器本身的特性以及工作環境有關。以下是一些可能導致陶瓷電容產生嘯叫聲的原因：

壓電效應：陶瓷電容中的一些材料可能具有壓電效應，即在電場作用下發生形變，從而產生聲波。這種效應可能在電容器受到電場作用時引起物理振動，導致聽得到的聲音。

共振：陶瓷電容可能在特定頻率下發生共振，導致振動并產生聲音。這通常與電容器的結構、材料和工作頻率有關。

電壓和電流的交互作用：在某些情況下，陶瓷電容可能由于電壓和電流的交互作用而產生噪聲。這可能是由于電容器在電路中的特定工作條件下引起的。

電磁振蕩：電容器可能受到附近電路中電感元件的影響，導致電容器自身發生振蕩。這種振蕩可能產生聽得到的噪聲。

MLCC發出嘯叫聲音，那么MLCC一定是發生了振動，并且這個頻率是在人耳能夠分辨的頻率范圍之內。MLCC在電壓作用下發生一定幅度的振動，達到了人耳能都聽到的振幅。

那么MLCC為什么會振動？我們要先了解一種自然現象——電致伸縮。在外電場作用下，所有的物質都會產生伸縮形變——電致伸縮。對于某些高介電常數的鐵電材料，電致伸縮效應劇烈，稱為壓電效應。壓電效應包括正壓電效應和逆壓電效應。

正壓電效應：對具有壓電特性的介質材料施加機械壓力，介質晶體會發生結構重組排布，材料表面會感應出電荷，產生電位差。

逆壓電效應：對具有壓電特性的介質材料施加電壓，則產生機械應力，發生形變。

壓電效應的定義：在沒有對稱中心的晶體上施加壓力、張力和切向力時，則發生與應力成比例的介質極化，同時在晶體兩端面將出現正、負電荷，這一現象稱為正壓電效應。反之在晶體上施加電場而引起極化，則產生與電場強度成比例的變形或機械應力，這一現象稱為逆壓電效應。這兩種正、逆壓電效應統稱為壓電效應。

那所有MLCC都會嘯叫嗎？MLCC設計制造陶瓷介質材料主要有順電介質和鐵電介質兩大類。

順電介質，即Ⅰ類介質，主要有SrZrO3、MgTiO3等。順電介質電致伸縮形變很小，在工作電壓下，不足以產生噪聲。所以，順電介質(Ⅰ類介質)材料做的MLCC，如NP0（C0G）等溫度穩定性產品，就不會產生噪聲嘯叫。

鐵電介質，即Ⅱ類介質，主要BaTiO3、BaSrTiO3等。鐵電介質具有強烈的電致伸縮特性—壓電效應。因此，鐵電介質（Ⅱ類介質）做的MLCC，如X7R/X5R特性產品，在較大的交流電場強度作用下會產生明顯的噪聲嘯叫。

哪些場合MLCC嘯叫明顯?較大的交變電壓，頻率在20Hz到20kHz之間，使用X7R/X5R類中高容量MLCC，會產生明顯的嘯叫，如開關電源、高頻電源等場合。

嘯叫還有很多危害，許多移動電子設備靠近人耳，如筆記本電腦、平板電腦、智能手機等，如電子電路中有可聽噪聲會影響使用感受。劇烈的嘯叫除了令人生厭外，還可能存在著可靠性設計不足的隱患。劇烈的嘯叫源于劇烈的振動，振動幅度由壓電效應程度決定。壓電效應與電場強度成正比，外加電壓不變，介質越薄，壓電效應越強，嘯叫聲音越大。

降低MLCC電容器產生的可聽噪聲的方法有很多，所有解決方案都會增加成本。那么解決嘯叫有哪些對策呢？

（1）改變電容器類型是最直接的方法，用Ⅰ類MLCC、鉭電容和薄膜電容等不具有壓電效應的電容器替代。但需要考慮體積空間、可靠性和成本等問題。

（2）調整電路，將加在MLCC大的交變電壓消除或將其頻率移出人耳聽感頻段(人耳最敏感音頻為1KHz~3KHz)。

（3）MLCC由于自身體積較小，其自身振動引起的噪聲其實是比較小的 。我們主要要放置MLCC帶動PCB一起振動。所以，在PCB設計時，需要考慮MLCC的PCB布局，不要將可能產生嘯叫的MLCC放置在PCB應力較弱，PCB容易被振動的位置，從而幫助降低嘯叫水平。

（4）加厚MLCC底部保護層。

由于保護層厚度部分是沒有內電極的，這部分的BaTiO3陶瓷不會發生形變，當兩端的焊錫高度不超過底保護層厚度，這時產生的形變對PCB影響要小，有效地降低噪聲。如圖

（5）附加金屬支架結構。

金屬支架結構如圖所示，它采用金屬支架把MLCC芯片架空。MLCC架空之后與PCB板不直接接觸，把逆壓電效應產生形變通過金屬支架彈性緩沖，振動的能量減少傳遞給PCB板，減小嘯叫。

（6）使用壓電效應弱的介質材料設計制造。

通過對鈦酸鋇（BaTiO3）進一步摻雜得到壓電效應大大減弱的介質材料，用其制造的MLCC可有效地降低噪聲。但是這樣會犧牲一定的介電常數和溫度特性，各MLCC廠家都有相應低噪材質的MLCC產品。

7、嘯叫有可能是晶振產生的么？

晶振（Crystal Oscillator）通常是一種穩定的時鐘源，其設計旨在提供高度準確和穩定的時鐘信號。晶振通常不會產生聽得到的噪聲或嘯叫聲，因為它們的設計目的是提供頻率精度和穩定性。

然而，在一些特殊情況下，可能會發生一些問題，導致晶振產生異常噪聲。一些可能導致晶振嘯叫聲的原因包括：

振蕩器回路問題：如果晶振的振蕩器回路中存在不穩定性，可能導致振蕩頻率不穩定或產生嘯叫聲。

電源噪聲：如果晶振的電源電壓不穩定或受到干擾，可能引入電源噪聲，進而影響晶振的性能。

環境電磁干擾：強電磁場可能對晶振產生干擾，導致性能問題或產生額外的噪聲。

晶體老化或損壞：如果晶振的晶體元件發生老化或損壞，可能影響其振蕩性能。

要解決可能導致晶振產生噪聲的問題，可以考慮以下措施：

優化電源：確保提供給晶振的電源電壓是穩定的，并且沒有過多的紋波或噪聲。

檢查振蕩器回路：仔細檢查晶振的振蕩器回路，確保電路設計正確且穩定。

防止電磁干擾：在設計中采取措施，如屏蔽或隔離，以減少電磁干擾對晶振的影響。

檢查晶體狀態：檢查晶振的晶體元件是否正常，沒有老化或損壞。

總體而言，正常工作的晶振應該是不會產生嘯叫聲的。如果出現異常噪聲，建議仔細檢查電路和環境因素，可能需要進一步地調試和優化。

審核編輯：劉清