筆記本電腦電源線中電容器嘯叫的對策

1引言

傳統電子設備中使用了很多鉭電容器和鋁電解電容器，但近年來由于產品小型化和可靠性等問題，已逐步被陶瓷電容器替換。

隨著電子設備的多功能化和靜音化的發展，在筆記本電腦、智能手機(手機)、汽車導航系統、無線充電等的電源電路中，以前不起眼的陶瓷電容器產生的“嘯叫(聲音)”已成為設計方面的一個大問題。

在筆記本電腦中，由電源線上使用的陶瓷電容器產生的“嘯叫(聲音)”有時會成為問題。

如果將工作模式改為睡眠狀態/待機畫面等，筆記本電腦的內部動作將發生變化，因此“嘯叫(聲音)”的音量會根據工作模式而改變，聽到的感受也會有所不同。

本文對筆記本電腦電源線中的電容器產生的“嘯叫(聲音)”的對策、評估方法以及產生機制進行介紹。

筆記本電腦中易于發生“嘯叫(聲音)”的工作模式

睡眠模式(降壓轉換器 : PFM模式)

液晶背光(升壓轉換器 : PWM調光)

攝像頭模式/重負載模式(間歇工作)

3筆記本電腦中易于發出“嘯叫(聲音)”的電容器

筆記本電腦中的電源線(DC-DC converter的一次側)多使用電容器。

若在該電源線上使用陶瓷電容器時，有時會產生嘯叫。

筆記本電腦電源線的簡圖(示意圖)

筆記本電腦的電路圖(簡圖)

一般來說，容易產生“嘯叫(聲音)”的電容器

電容器尺寸大

靜電容量大

線電壓和電壓變動(電流變動)大。

同一條線上安裝了多個符合上述內容的陶瓷電容器。

筆記本電腦電源線上的電容器容易產生“嘯叫”的原因

電源線電壓為10～20V，比較高。

為了給CPU、攝像頭、RF模塊等各電路供電，電壓容易發生變動。

如果元件尺寸/靜電容量較大，由于施加電壓而導致的介電質膨脹/收縮也會變大。

3嘯叫對策效果示例

與筆記本電腦中易于發生嘯叫的工作模式/具有高聲壓級的工作模式——睡眠狀態/待機畫面相關的嘯叫對策效果示例。

如果在電源線中使用陶瓷電容器時產生嘯叫

可以通過對產生嘯叫的電容器采取嘯叫對策來降低聲壓級!

4嘯叫的產生機制

為什么陶瓷電容器會產生“嘯叫(聲音)”?

下面對嘯叫產生機制和本公司進行的和嘯叫評估方法進行說明。

多層陶瓷電容器上使用的鐵電體必須有壓電性。

存在電場時，發生失真，由于芯片膨脹、收縮，產生“嘯叫(聲音)”。

5嘯叫的評估方法

聲壓級測量

既然“聲音”就是問題所在，那么“聲壓級”就是主要的測量對象。

電波暗箱中使測量物體處在工作狀態，通過話筒，用聲級計測量聲壓級。

此外，為了評估和對策，用FFT分析儀確認聲壓級的頻率特性。

電壓變動測量

為了調查產生嘯叫的電容器，我們對“電壓變動”進行測量。

在被測物處于工作狀態時，確認查電容器上是否施加了可聽頻率范圍(20Hz～20kHz)內的紋波電壓。

關于聲壓級和電壓變動關系

如果施加在電容器上的電壓變動的頻譜在與聲壓級的頻率特性相同的頻率時變高(紅色虛線框內)，則可以確定該電容器是產生嘯叫的原因。

6筆記本電腦的嘯叫對策替換事例—電源線—

操作模式不同，聲壓級也不同

將筆記本電腦的工作模式改變為睡眠模式/待機畫面后，筆記本電腦內部的動作會發生變化，因此聲壓級/電壓變動也會發生變化。

所以，有必要對正在發生嘯叫的工作模式和容易發生嘯叫的工作模式分別進行評估。

電源線中作為嘯叫對策對象的電容器(簡化電路圖)

粉色框表示電源線中容易產生嘯叫的電容，是采取嘯叫對策的對象。

在通過DC-DC轉換器分支到各電路之前，它們在同一條電源線上，電壓變動幾乎相同。

因此，有必要針對該電源線上的所有電容器采取防止嘯叫的對策。

電源線的嘯叫對策不是替換部分電容器，而是將電容器全部替換為防嘯叫產品，從而可以將聲壓級進一步降低。

按照電路[A-C]的順序，將普通電容器替換為防嘯叫產品。

通過增加替換為防嘯叫產品的電容器數量，逐漸降低聲壓級。

審核編輯：湯梓紅