2026 05月03日
作者: 小白哥
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电感声基本原理

一、功率电感振动和噪声放大原因

当功率电感流过人耳可听范围频率(20-20kHz)的电流时,功率电感会发生振动,再通过放大,进而产生电感声。

振动原因

  1. 磁芯的磁致伸缩(磁应变)

  2. 磁芯磁化引起的吸引力

  3. 漏磁通引起的绕组振动

放大原因

  1. 与其他元件的接触

  2. 漏磁通对周围磁性体的影响

  3. 与基板的固有振动频率匹配

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振动原因(1):磁芯的磁致伸缩(磁应变)

如果磁性体暴露在磁场中并被磁化,其外形会发生轻微变化。这种现象被称为“磁致伸缩”或“磁应变”。以铁氧体等磁性体为磁芯的电感器会因绕组产生的交流磁场而膨胀和收缩,由此产生的振动有时可以作为声音被检测到。

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磁性体是称为“磁畴”的小区域的集合体。磁畴内原子的磁矩方向一致,因此磁畴是自发磁化指向恒定的微型磁体,但磁性体整体不表现出磁体的特性。这是因为构成磁性体的许多磁畴被排列成自发磁化相互抵消并且看起来消磁。如果这些处于退磁状态的磁性体暴露于来自外部的磁场,则磁畴的范围会发生变化,因为每个磁畴试图以自发磁化方向与外部磁场朝向相同方向的方式排列。这是由磁壁的位移引起的,磁壁是磁畴之间的边界。

随着磁化的进行,普遍磁畴的面积会扩大,直到在与外部磁场(处于饱和磁化状态)朝向相同方向的末端出现单个磁畴。在这个磁化过程中,在原子水平上发生了微小的位置变化,因此磁致伸缩,即磁性体的外形变化是在宏观水平上发生的。由磁致伸缩引起的外形变化非常小,约为原始尺寸的1/10000至1/1000000,但如图所示,磁性体缠绕在线圈上并产生交流电时会反复膨胀和收缩并产生振动。这就是为什么即使在功率电感器中也不能消除由磁致伸缩引起的磁芯振动的原因。如果单个功率电感器在安装时与基板的固有振动频率相匹配,即使它们处于低水平,也会被放大并作为噪声被听到。

振动原因(2):磁芯磁化引起的吸引力

磁性体在外加磁场作用下被磁化时,表现出磁铁的特性,与周围的磁性体相互吸引。下图显示了全屏蔽型功率电感器的示例。这是一种具有封闭磁路的功率电感器,它在鼓形磁芯和屏蔽磁芯(环形磁芯)之间有间隙,会产生声音和噪音。这是由于交流电在绕组中流动产生的磁场,磁化鼓铁芯和屏蔽铁芯通过磁力相互吸引的结果,如果振动在可听频率范围内,则可以听到声音和噪音。鼓形磁芯和屏蔽磁芯之间的间隙用粘合剂封闭,但不能完全抑制因相互吸引而产生的振动,因为太硬的材料可能会因应力而产生裂纹,因此不能用于此目的。

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振动原因(3):漏磁通引起的绕组振动

非屏蔽类型功率电感具有开放的磁路,漏磁通作用在绕组上。由于绕组中会流过电流,因此根据左手定则,力会作用于绕组上。因此,当交流电流流过绕组时,绕组本身会发生振动,从而产生啸叫。

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二、改善电感声

1、不让可听频率的电流流过

不让可听频率的电流流过是最基本的措施。但是,如果无法避免可听频率的传导,例如在间歇操作或以节能为目的的变频模式(PFM)下的DC-DC转换器的情况下,请尝试以下所列的降噪措施。

2、周边不配置磁性体

请勿在电感器附近配置可能受漏磁通影响的磁性体(屏蔽罩等)。如果必须靠近布置,请注意其排列方向,同时采用屏蔽型低漏磁通(闭合磁路)。

3、改变自然振动频率

改变或增加自然振动频率有时可以降低噪音。例如,通过改变电感器的形状、类型和布局以及基板的紧固等条件,可以改变涉及基板的整组固有振动频率。此外,在尺寸约为7mm 或更大的相对较大的功率电感器中可以发现嗓声的产生。采用尺寸为5mm 或更小的小型功率电感器可以提高固有振动频率,有时还可以降低噪音。

4、更换为一体成型

如上所述,在全屏蔽型功率电感器中,鼓芯与屏蔽磁芯会因磁性相互吸引,从而在间隙部位会发生啸叫。同时,在无屏蔽型功率电感器中,漏磁通引起的电线振动会导致产生啸叫。
针对此类功率电感器啸叫问题,更换为一体成型是有效的解决方案。这是通过在软磁性金属磁粉中嵌入空心线圈后进行一体成型的功率电感器。由于没有间隙,因此磁芯之间不会相互吸引,同时,由于固定线圈时使其与磁性体形成一体化,因此还可避免因磁通造成绕组振动的问题。


  

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