【话题】开关电源的噪声（20141008）

开关电源的噪声

   修复开关电源电路，重新上电后，电源工作时发出较大的噪声，是令人比较挠头的事情，好像很难查到坏件找出故障根源。这种电源噪声，轻者是不稳定的咝咝声，重者是哧啦哧啦（形同拉弧）的声音，虽然临时看来，电源尚能正常工作，但心底总有一种不踏实的感觉存在，总是觉得这种噪声也是一种潜在的故障，电源在勉力工作着，开关变压器和开关管，一定是承受着不能承受之重，并不是愉快地在干活，像是患了重病的劳工，说不定哪会儿就会倒下。也确实如此，有这种异常噪声的电源，有时会毫无征兆地，开关管就报销了（在工作中或是在一上电的瞬间）。有噪声的电源，使我们在对其它电路的故障检修中，也总会时时担心电源会突然坏掉，有时烦燥上来，会忍不住骂一句：再这样叫，老子要收拾你了（但大多时候是虚张声势啊，这种故障真的好难查啊）！
   开关电源好的工作状态是：上电时有唧的悦耳的一声，提示电源已经正常起振，然后从面板的正常亮起，从电源无声的表现上，我们知道开关管和开关变压器们，正在愉快地工作，让人放心，没事的。
   论坛上有几名网友先后问起过这个问题，我当时就已所能，猜测性地给出了相关解答，但显然都未能指出真正的故障根源，从而解决问题。说实话，我自己也遭遇过一、二次这样的故障，遍查无果之下，也就不了了之了。
   无意之中——事情的了结得是机缘到了才行啊——在检修CDI9200型变频器开关电源故障时，因漏装了一只小电容，发现了开关电源噪声的秘密所在！先看图1~图4的电压采样与反馈（稳压）电路，图中的C53、C22B、C2、C9等电容，对电源的噪声起到至关重要的作用。

那么开关电源的噪声究竟来源于哪里？通常，开关电源的振荡频率约为40~60kHz，在音频范围之外，处于超音频段。当电源出现刺耳的噪声时，我们会不自觉地会想到，可能由于振荡频率的降低，使振荡频率跌落于音频（20kHz以内）。而实际上，这个可能性是微乎其微的。这是因为，如果真的振荡频率下降两倍以下，开关变压器的绕组感抗随之急剧下降，开关变压器和开关管都会马上会处于严重过载的恶劣境地，冒烟、发烫、烧毁就顺理成章，不可能在此情况下还能长时间持续运行。
   说说我的额外收获吧。当我将图1电路修复（因检查故障，暂时摘掉了C53）后，因漏装了C53，一上电，嘿！面板正常点亮，但电源出现了刺耳的“哧-哧-”声，好像开关变压器高压引脚拉弧造成的声音，害得我赶紧停电，也未查出什么异常，上电后测各路输出电压，都在正常范围之内，通电几分钟后，手摸开关管，也无异常温升。再细看电路，发现漏装C53，摘下的贴片电容，一时又找不到，这个C53应该是多大容量的呢？手头正有470p的瓷片电容，就焊在C53的位置上，重新上电，嘿，一下子耳根清净，开关电源文文静静地正常干活了。
   如图1的C53，或图2中的C22B，其具体作用是什么，有多种说法。一说是为了降低电路的高频增益；一说是决定电路的频率响应；一说是积分电容；一说是抗干扰电容。我查了很多资料，都是泛泛而论，无法彻底地落实它的身份。从图1~图4（结合我所找到其它相关电路），它的容量从4700p~1.5uF，取值范围很宽，但典型取值一般为0.01u或0.1u。如果我用470p，电路也算是正常工作的话，则无意中更拓宽了它的取值范围。这真好像是充电电阻的取值一样，每一家的设计者都有自己的算法，也无法有一个统一标准（能正常干活就中）。
   就图1电路而言，当C53容量取得大一点，使其时间常数数倍于输入信号的变化时间常数，则此电容可以称为积分电容（此时电路为一个积分放大器）；当C53容量取得极小，如几百pF，则C53的作用，可不就是为了降低电路的高频增益嘛（此时电路为一个电压比较器）。
从电路特性讲，动态反映越快，似乎稳压效果越好，电容取得过大，会使电路反应变得迟钝。实践证明，去掉C53后，电路的微分功能被强化，使控制出现过冲（波形状态畸变，导致噪声的出现）。加上C53后，是取消了电路的微分功能，使控制变得“柔和”，如果再继续加大C53，则积分功能凸显，电路的动态响应变得缓慢一些。而实际上，我们以为控制反应是愈灵敏愈好，这是个错觉，控制过程还是柔和一点，工作起来更为稳当。这就是当C53断路，或其容量严重下降时，电路出现噪声的原因。
遇有开关电源的噪声故障时，不必理会振荡环节，从稳压环节上下点功夫，也会事半功倍。可重点检查C53是否失效，本文因而可给出该类故障的一个参考检修方向。
顺祝大家节日愉快！

旷野之雪
2014-10-2

这是个极好的补充啊。赞一个！

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