開關(guān)電源音頻噪聲抑制:電子和磁性元件的振蕩頻率在人耳聽覺范圍內(nèi)時，會產(chǎn)生能聽見的信號。這種現(xiàn)象在電力變換研究初期已為人知。以50和60Ｈz工頻工作的變壓器常常產(chǎn)生討厭的交流噪聲。如果負(fù)載以音頻元件調(diào)制，以恒定超聲頻率工作的開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器也會產(chǎn)生音頻噪聲。
??? 低功率電平時，音頻信號通常與轉(zhuǎn)換器無關(guān)。但是，設(shè)計(jì)人員可能希望降低其電路的聲波發(fā)射。低功率AC-DC轉(zhuǎn)換器中，將50或60Ｈz變壓器的鐵心薄片焊接在一起，能使交流噪聲降至容許的水平。高頻開關(guān)轉(zhuǎn)換器中的鐵氧體變壓器也采用了類似的技木。
??? 過去常用高級音頻工程設(shè)備來研究開關(guān)電源的聲波輻射。這種裝置可以非常精確地測量絕對聲壓級和聲譜，但人類對聲音的感覺是很主觀的。很難說多大的聲音是能聽到的，更難以確定的是在特定應(yīng)用中多大的聲音會被認(rèn)為是難以忍受的噪聲。
??? 聲波輻射與電磁輻射相似，但沒有用于衡量聽覺容忍度的通用基準(zhǔn)。因此，設(shè)計(jì)者可以依據(jù)以下方針來處理與音頻噪聲相關(guān)的問題，減少產(chǎn)品的聲音輻射。
電容噪聲
??? 所有的絕緣材料在電場的壓力下均會變形，這種電致伸縮效應(yīng)與電場強(qiáng)度的平方成正比。有些絕緣介質(zhì)還呈現(xiàn)壓電效應(yīng)，即與電場強(qiáng)度成正比的線性位移。壓電效應(yīng)通常是電容產(chǎn)生噪聲的主要途徑。
??? 廉價的小陶瓷電容中的非線性絕緣材料通常含有大比例的鈦酸鋇，在正常工作溫度下產(chǎn)生壓電效應(yīng)。困而，這些元件會比線性絕緣成份的電容產(chǎn)生更多的噪聲。開關(guān)電源中，電壓偏移最大的箱位電路中的電容最有可能產(chǎn)生音頻噪聲。
??? 要確定陶瓷電容是否主要噪聲源，可以用不同絕緣體的電容來替換。薄膜電容是性價比不錯的替代品。但應(yīng)注意替換品是否能經(jīng)受得住反復(fù)的尖峰電流和電壓應(yīng)力。
??? 另一種具有價格競爭力的選擇是用齊納箝位電路來替代ＲＣＤ箝位電路。齊納箝位的價格已與ＲＣＤ箝位的相當(dāng)，但占用的空間小得多而效率更高。
變壓器噪聲
??? 在大多數(shù)反激式轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，變壓器是主要的音頻噪聲源。試驗(yàn)板上第一個變壓器原型產(chǎn)生的噪聲往往令人吃驚。采用眾所周知的恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)技巧將基本上消除噪聲而不增加額外的費(fèi)用。在裝配原型變壓器時要注意成品性能的可重復(fù)性。
??? 有一些機(jī)制會產(chǎn)生變壓器噪聲，每種都會產(chǎn)生發(fā)出聲音的機(jī)械位移。這些機(jī)制包括：
．相對運(yùn)動—磁芯兩部分間的吸引力使其移動，壓迫將其分隔的介質(zhì)。
．撞擊—如果兩塊磁芯的表面能接觸，它們響應(yīng)磁通激勵而移動會使二者碰撞或刮擦。
．彎曲—僅在ＥＥ或ＥＩ結(jié)構(gòu)的磁芯中間腿存在的裂隙，可使磁芯各部分沿其間吸引力的方向彎曲。
．磁致伸縮—磁芯材料的尺寸隨磁通密度變化。普通功率的鐵氧體的變化率小于1ppm。
．骨架移動—磁芯片的位移可通過骨架傳送和放大。
．線圈移動．線圈中的電流產(chǎn)生移動這些導(dǎo)線的吸引力和排斥力。
??? 移動源共同作用，形成了復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，它能在人耳聽力范圍內(nèi)的一個或幾個頻點(diǎn)上，產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振。10Ｗ以下離線反激式轉(zhuǎn)換器常用的結(jié)構(gòu)一般產(chǎn)生10k Hz到 20k Hz的共振。當(dāng)磁通激勵的基頻或其諧波經(jīng)過機(jī)械共振區(qū)域時，移動發(fā)出聲音。設(shè)計(jì)者應(yīng)全程變換負(fù)載以檢驗(yàn)音頻噪聲，特別是需要動態(tài)負(fù)載時。
??? 這些機(jī)制產(chǎn)生噪聲的大小根據(jù)各自所處的不同位置決定。幸運(yùn)的是，設(shè)計(jì)者可以應(yīng)用簡單的結(jié)構(gòu)技術(shù)來有效衰減各種機(jī)制產(chǎn)生的音頻噪聲。
結(jié)構(gòu)技術(shù)
??? 幾種可以降低變壓器音頻噪聲的方法在制作時都需要正確使用恰當(dāng)?shù)恼澈蟿?
變壓器制造商和用戶的評價證明這些技木適于大批量消費(fèi)類應(yīng)用。
本文詳細(xì)描述了兩種結(jié)構(gòu)技木供喜愛其它電源的用戶參考，但客戶應(yīng)充分測試其應(yīng)用所需的所有元件。
變壓器用粘合劑
制作變壓器時使用粘合劑是業(yè)界所周知的。不同的膠、粘合劑、涂層和封裝能幫助變壓器抵受機(jī)械沖擊，排除環(huán)境污染，達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。針對這些目的，在使用粘合劑來降低音頻噪聲時有一些特定的注意事項(xiàng)。
粘合劑應(yīng)是剛性的。硬環(huán)氧樹脂類通常能提供所需特性，而諸如硅樹脂等軟性化合物卻無效。變壓器制造商們處在可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)材料的有利地位，因?yàn)樗麄兺ǔＳ凶钸m合其獨(dú)特工序的特定用途慣用粘合劑列表。
粘合劑的主要用于防止兩塊磁芯間以及磁芯和骨架間的相對移動，另外也可以衰減變壓器的機(jī)械共振。
但是，誤用．粘合劑會產(chǎn)生折斷磁芯的機(jī)械應(yīng)力。溫度變化時，變壓器結(jié)構(gòu)材料的尺寸變化不同。如果各部分不能靠移動補(bǔ)償這些尺寸變化，就會產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。鐵氧體、骨架和粘合劑的有限移動也會產(chǎn)生足以導(dǎo)致材料失效的應(yīng)力。因此，粘合劑過多或太少都不能將音頻噪聲降到最低。
本文講述了兩種在構(gòu)造變壓器時使用粘合劑的技巧。第一種方法避免了所有與機(jī)械應(yīng)力相關(guān)的問題。它可以用于各種兩片式磁芯結(jié)構(gòu)，甚至在音頻噪聲無關(guān)緊要的應(yīng)用中也非常有用。另一種技木必須在設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟葴y試后小心使用。
采用玻璃珠的變壓器
降低變壓器音頻噪聲最有效的方法是用剛性粘合劑粘合鐵氧體塊的配合面。對稱結(jié)構(gòu)變壓器中配合面間距均勻，使鐵氧體和粘合劑的尺寸變化獨(dú)立，防止機(jī)械應(yīng)力。所需的均勻間距可通過粘合劑與玻璃隔珠的混合物可方便地得至。???? 此技木也適用于EI結(jié)構(gòu)。EE結(jié)構(gòu)中的各磁芯腳等長，無需在任何一條中磨出間隙。粘合劑中的玻璃珠保持確定電感所需的的間距。
用玻璃隔珠設(shè)計(jì)和構(gòu)造變壓器的過程很簡單、直接、經(jīng)濟(jì)。下一節(jié)將講述此主題。
用玻璃隔珠設(shè)計(jì)和構(gòu)造變壓器
用玻璃隔珠來界定粘合層是業(yè)界通用的慣例。一些制造商提供不同規(guī)格和尺寸容差的原材料。本文附錄給出通用規(guī)格和知名供應(yīng)商信息，但這些產(chǎn)品都是按同一標(biāo)準(zhǔn)篩選出來，而不包括一些質(zhì)量控制更嚴(yán)格或客差更嚴(yán)格的供應(yīng)商的產(chǎn)品。用戶在選擇供應(yīng)商前最好先檢查指標(biāo)。
如何選擇適當(dāng)尺寸的玻璃珠
氣隙尺寸的計(jì)算通常假設(shè)所有磁通局限在磁芯范圍內(nèi)。由于總會有部分磁通溢出磁芯外，這種采用理想模型的計(jì)算并不準(zhǔn)確。因此，設(shè)計(jì)者通常用計(jì)算好的AL（電感每匝平方）代替物理尺寸作為給定磁芯尺寸的設(shè)計(jì)參數(shù)。
當(dāng)氣隙長度標(biāo)準(zhǔn)時，采用玻璃膠和采用磁芯中縫的設(shè)計(jì)過程相同。設(shè)計(jì)使用玻璃膠結(jié)構(gòu)的變壓器時，必須知道各磁芯的Al和準(zhǔn)備選用的玻璃珠的規(guī)格。工藝、過程和磁芯成分的不同會改變表中的值，完全有可能需要不同尺寸的玻璃球才能獲得最佳設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)者可能需要與自己特定工藝相配合的改進(jìn)的AL表。
裝配使用玻璃膠的變壓器
用玻璃膠裝配變壓器的最佳方法隨特定的生產(chǎn)環(huán)境而不同。例如，在高度自動化的生產(chǎn)線上進(jìn)行的大批量生產(chǎn)所用的最佳方法就不同于大部分工作山手工完成的小批量生產(chǎn)的方法。一者主要的差別在于選擇不同的粘合劑，以及混合的細(xì)節(jié)。
大批量自動化生產(chǎn)可選用在常溫下能很快凝固的AB膠。玻璃珠與粘合劑的混合比例與機(jī)械特性相關(guān)。
小批量生產(chǎn)更適用單一粘合劑，它在100℃以上溫度的凝固時間超過１小時。玻璃珠在使用前與粘合劑混合，或從供應(yīng)商處購買適當(dāng)?shù)囊鸦旌虾玫漠a(chǎn)品。
粘合劑的粘性應(yīng)足以保持玻璃球形成均勻分散的懸浮體。附錄列出了一些實(shí)驗(yàn)用和中型批量效果良好的產(chǎn)品。類似丙烯脂等凝固快速而粘性低的粘合劑不適用。粘合劑的額定溫度范圍也必須能用在應(yīng)用的溫度極限值。
玻璃珠與粘合劑１０％按重量混合，能提供大多數(shù)應(yīng)用所需的高性能。盡管在此理論中各磁芯腿僅需一粒以保持所需間距，但實(shí)際上每條引腳中仍應(yīng)有足夠的珠子來保持粘合劑接觸面平行。據(jù)估計(jì)，混合的玻璃珠少于５％時，很可能有的引腳沒有玻璃珠，而超過２０％的混合物會因過于濃稠而無法可靠應(yīng)用和粘合。最后的結(jié)果會根據(jù)粘合劑的不同特性而改變。
變壓器中玻璃珠的成本是可以忽略的。EE16型變壓器約需要２０毫克玻璃膠。如果玻璃的混合比例是10%，EE16磁芯的變壓器約需２毫克玻璃。假設(shè)在最貴的情況下每磅需要100美元（每克0.22美元），一個變壓器中玻璃珠的成本為0.00044美元，即0.044美分。
構(gòu)造提示
用玻璃膠裝配變壓器的方法有多種。本節(jié)對實(shí)驗(yàn)室正樣和小批量試生產(chǎn)給出了一些可行的建議．
．制造一個帶永磁體的裝置來粘接和固定變壓器。從安裝固化爐的鐵片或支架開始，將鈕扣磁鐵以適當(dāng)間距陣列粘合在支架上。交替磁體的南北朝向來獲得最強(qiáng)磁場。
．各磁鐵Ｅ型磁芯腿朝上放置。在各條腿涂上粘合劑和玻璃珠的混合物。在構(gòu)造過程中使用一次性塑料注射器（又稱移液吸管）可很好地分配。