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充電電容嘯叫:從發(fā)現(xiàn)到解決的完整歷程

工程師看海 ? 來源:小小的電子之路 ? 作者:小小的電子之路 ? 2025-04-21 07:41 ? 次閱讀
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原文授權(quán)自公眾號:小小的電子之路

最近,我們在設計鋰電池充電電路板時遇到了一個棘手的問題--電路板在某些工作狀態(tài)下會產(chǎn)生清晰可聞的異響。這不僅影響用戶體驗,還暗示電路可能存在潛在問題。經(jīng)過一系列排查和優(yōu)化,我們最終成功解決了這個問題。本文將詳細介紹問題的發(fā)現(xiàn)、定位和解決過程,希望能為遇到類似問題的同行提供參考。

一、問題的發(fā)現(xiàn):神秘的異響

在設計第一版鋰電池充電電路板時,我們發(fā)現(xiàn)當電路工作在特定負載條件下時,會發(fā)出明顯的"嘯叫"聲,這種聲音類似于高頻蜂鳴。起初,我們僅憑人耳難以準確定位異響源,因為這樣一來,聲音似乎來自整個PCB,而非某個特定元件。

二、問題的定位:聽診器+示波器雙管齊下

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機械故障聽診器

圖片出自《硬件設計指南 從器件認知到手機基帶設計》

為了精準定位異響源,我們使用了機械故障聽診器,這是一種常用于檢測機械振動和異響的工具。通過逐一探測PCB上的關(guān)鍵元件,我們發(fā)現(xiàn)異響最大的地方集中在輸出電容附近。

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第一版PCB輸出紋波

隨后,我們使用示波器測量輸出紋波,發(fā)現(xiàn)紋波幅度高達1Vpp@126Hz。這種低頻紋波會導致電容內(nèi)部的介質(zhì)振動,產(chǎn)生可聞噪聲(即"陶瓷電容嘯叫"),同時帶動整塊PCB共振,放大異響。 第一版PCB異響測試

三、問題的解決:對稱布局抵消振動

經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn),即便是官方評估板,其輸出紋波也維持在1Vpp左右。

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布局優(yōu)化-C19置于底層且與C20對稱

我們決定從機械結(jié)構(gòu)入手解決問題。由于第一版PCB的所有輸出電容都布局在同一層,導致振動相互增強。因此,在第二版設計中,我們采用了正反對稱布局,即相同容值的電容分布在PCB的頂層和底層,且位置對稱。這樣,當電容振動時,兩面的振動方向相反,可相互抵消,從而避免帶動整塊PCB共振。

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第二版PCB輸出紋波

實測結(jié)果顯示,雖然輸出紋波仍維持在1Vpp左右,但由于電容振動被抵消,整板異響消失。聽診器測試顯示單個電容仍有明顯嘯叫,但PCB整體已無振動噪聲。

第二版PCB異響測試

四、經(jīng)驗總結(jié)

1.異響定位:人耳難以精確定位噪聲源時,可借助機械故障聽診器等工具輔助排查。

2.紋波特性:某些芯片的紋波特性是固有屬性,優(yōu)化紋波代價很大。

3.振動抵消:當無法消除振動源時,對稱布局可有效抑制PCB共振,適用于對噪聲敏感的應用場景。

原文授權(quán)自公眾號:小小的電子之路 在此特別鳴謝!

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