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作者: 劉舜堯 隨著日新月異的科技產(chǎn)業(yè)成長，與不斷創(chuàng)新的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其對(duì)于產(chǎn)品的聲音質(zhì)量要求也隨之提高；對(duì)于消費(fèi)者而言，其噪音的敏感度也逐漸被視為購物需求之一。一般常見之家用與3C產(chǎn)品，如LCD/LED電視、Monitor、計(jì)算機(jī)Adaptor與多功能事務(wù)機(jī)等，上述產(chǎn)品雖沒有風(fēng)扇，但也可能有噪音的產(chǎn)生，使其造成使用者的不悅耳。 究竟噪音的來源是什么？如表一所示，其1、2、3項(xiàng)皆因材料選擇不當(dāng)而造成，故只需更換組件材料，進(jìn)而能降低噪音之影響。第4項(xiàng)，因鐵心的磁場(chǎng)不平衡而產(chǎn)生的磁力線拉扯噪音是最難改善的，如圖一所示，當(dāng)電流流經(jīng)變壓器時(shí)，鐵心與繞組因磁場(chǎng)關(guān)系產(chǎn)生互相吸斥作用，而造成機(jī)械式震蕩，產(chǎn)生噪音。 表一：噪音來源 
圖一：電路上的噪音來源 若操作頻率落在人耳最為敏感的音頻范圍內(nèi)，震動(dòng)噪音在加上音頻，使人感到更不悅耳，其音頻范圍如圖二所示，人耳最為敏感范圍為1K~10KHz。由于音頻與能量的傳遞有絕對(duì)的關(guān)系，故在音頻范圍內(nèi)，其GATE的導(dǎo)通時(shí)間也必須被限制在1μs以內(nèi)。這樣才能徹底的改善音頻噪音。
圖二：人耳最敏感之音頻范圍 一般為了解決變壓器的機(jī)械式震蕩噪音可藉由加強(qiáng)凡立水，加強(qiáng)點(diǎn)膠(epoxy)，讓線更扎實(shí)，減少震動(dòng)；又或者是更換具較低漏感之變壓器。但是，因音頻而造成的噪音僅能從工作頻率著手。以通用的PWM IC為例；為提高系統(tǒng)效率，其工作頻率如圖三所示。其中在輕載時(shí)，為降低切換損失，工作頻率會(huì)降至25KHz (Burst Mode)。
圖三：PWM IC升頻曲線 工作模式如圖四所示。IC利用Burst Mode模式來控制電壓回授機(jī)制，來達(dá)到的省電效果，其中打打停停的GATE頻率為Fg(Grouping freq.)，而Fg的頻率常常落在1K~10KHz(人耳音頻敏感范圍)，音頻的產(chǎn)生是與能量跟頻率有關(guān)，故系統(tǒng)能決定之參數(shù)是跟ton大小也與Fg的快慢有大大的關(guān)系。
圖四：Burst Mode工作模式 圖五所示為Fg、ton與音頻噪音的關(guān)系圖，如為了改善因Burst Mode所產(chǎn)生的音頻噪音，不僅須限制Fg頻率，且Burst Mode下的Gate導(dǎo)通時(shí)間ton也需一并被限制，進(jìn)而能得到較佳的音頻噪音敏感度。
圖五：Fg、ton vs.音頻噪音 圖六為通嘉科技所研制之具降低音頻噪音功能IC LD5532，為SOT-26封裝，其中最具特色的功能如表二所示。
圖六：具降低音頻噪音之電源管理IC LD5532 表二：LD5532特色與優(yōu)點(diǎn)
為了改善音頻噪音敏感度，LD5532在Burst Mode時(shí)將Fg的最大頻率限制在800Hz(人耳敏感音頻范圍1K~10KHz)，并且為了限制GATE的導(dǎo)通時(shí)間ton，將電流偵測(cè)電壓固定在0.2V(VCS=0.2V)，其工作模式如圖七所示。
圖八所示為市售具BNO功能的電源管理IC，當(dāng)這一類IC在Vin=264Vac時(shí)、Output負(fù)載條件在5V/0.2A(Burst Mode)的工作模式下，因沒有Fg限頻和Burst Mode導(dǎo)通時(shí)限制的關(guān)系，使得音頻噪音相當(dāng)明顯。平均音頻噪音測(cè)試結(jié)果為38.3dB。
圖八：市售具BNO功能電源管理IC之Burst Mode工作模式 如圖九所示為LD5532在Vin=264Vac、Output=5V/0.2A(Burst Mode)時(shí)的工作模式，F(xiàn)g皆被限制在被限制在789.3Hz以下，且GATE的導(dǎo)通時(shí)間ton皆小于1μs。平均噪音測(cè)試結(jié)果為27.1dB，優(yōu)于未做Fg限頻與Burst Node導(dǎo)通時(shí)間限制的市售IC 11.2dB。比較結(jié)果如表三所示。
圖九：LD5532的Burst Mode工作模式 表三：市售具BNO功能的電源管理IC vs. LD5532
結(jié)論 本文所探討的LD5532是一款具降低音頻噪音敏感度IC，提供電源設(shè)計(jì)人員對(duì)于音頻噪音一個(gè)解決方案，而不在僅僅只有對(duì)變壓器加工而達(dá)到降噪效果。在Burst Mode(Vin=264Vac、Output=5V/0.2A)對(duì)于音頻的表現(xiàn)上更是優(yōu)于一般的PWM IC 11.2dB，使得在變壓器設(shè)計(jì)上有更優(yōu)渥的設(shè)計(jì)范圍。 |
