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電感被廣泛運用到各行各業，它主要有骨架、磁芯、漆包線及其他材質構成。電子產品運行時，有時會聽到"嘰"的噪音，該現象稱為"嘯叫"，導致該現象出現的原因可能在于電容器、電感器等無源元件。電容器與電感器的發生嘯叫的原理不同，尤其是電感器的嘯叫，其原因多種多樣，十分復雜。本文中將就DC-DC轉換器等電源電路的主要元件——功率電感器的嘯叫原因進行介紹。

功率電感器嘯叫原因

1.間歇工作、頻率可變模式、負荷變動等可能導致人耳可聽頻率振動  

聲波是在空氣中傳播的彈性波，人的聽覺可聽到大約20～20kHz頻率范圍的"聲音"。在DC-DC轉換器的功率電感器中，當流過人耳可聽范圍頻率的交流電流以及脈沖波時，電感器主體會發生振動，該現象稱為"線圈噪音"，有時也會被聽成嘯叫現象(圖1)。

圖1：功率電感器嘯叫機制

隨著電子設備的功能不斷強化，DC-DC轉換器的功率電感器也成為了噪音發生源之一。DC-DC轉換器通過開關器件進行ON/OFF，由此產生脈沖狀電流。通過控制ON的時間長度(脈寬)，可得到電壓恒定的穩定直流電流。該方式稱為PWM(脈沖調幅)，其作為DC-DC轉換器的主流方式獲得廣泛使用。

但DC-DC轉換器的開關頻率較高，達到數100kHz～數MHz，由于該頻率振動超出了人耳可聽范圍，因此不會感受到噪音。那么，為什么DC-DC轉換器的功率電感器會發出"嘰"的嘯叫呢？  

可能的原因有幾個，首先可能的是以節省電池電力等為目的，讓DC-DC轉換器進行間歇工作的情況，或將DC-DC轉換器從PWM方式切換為PFM(脈沖調頻)方式，在頻率可變模式下運行的情況。圖2所示為PWM方式與PFM方式的基本原理。  

圖2：PWM(脈沖調幅)方式與PFM(脈沖調頻)方式  

2.PWM調光等DC-DC轉換器間歇工作導致的嘯叫

出于節能等目的，移動設備液晶顯示器背光自動調光功能等引進了DC-DC轉換器間歇工作。這是根據使用環境照度，對背光亮度進行自動調光，從而延長電池使用時間的系統。

該調光有多種方式，其中，控制LED亮燈時間及熄燈時間長度的方式稱為PWM調光。PWM方式調光系統的優點在于，調光引起的色度變化較少，其主要用于筆記本電腦以及平板電腦等的背光中。  

PWM調光通過200Hz左右的較低頻率使DC-DC轉換器進行間歇工作，并通過反復進行亮燈/熄滅操作來調整亮度。在亮燈/熄滅的恒定循環中，調長亮燈時間時將會變亮，調短時則會變暗。在200Hz左右的間歇工作中，眼睛基本上不會察覺背光頻閃情況。但由于其處于人耳可聽頻率中，因此當基板上貼裝的功率電感器中流過間歇工作的電流時，電感器主體將會因頻率影響而發生振動，從而導致出現嘯叫。

注釋：占空比

DC-DC轉換器中，相對于開關周期(開關器件的ON時間+OFF時間)的ON時間比稱為占空比。對LED進行PWM調光時，亮燈時間/(亮燈時間＋熄燈時間)稱為占空比，并表示亮度。  

3.頻率可變模式DC-DC轉換器導致的嘯叫  

PWM方式DC-DC轉換器的特點在于，在普通工作中，其效率可高達大約80~90%以上。但待機時間等輕負荷情況下，效率將會嚴重降低。開關造成的損耗與頻率成正比。為此，在輕負荷情況下會發生恒定開關損耗，因此會使效率降低。  

因此，為了改善該問題，在輕負荷情況下使用自動將PWM方式替換為PFM(脈沖調頻)方式的DC-DC轉換器。PFM方式是配合負荷減輕，在固定ON時間的情況下，對開關頻率進行控制的方式。由于ON時間恒定，因此通過延長OFF時間，開關頻率將會漸漸降低。由于開關損耗與頻率成正比，因此通過降低頻率可在輕負荷情況下實現高效化。但降低后的頻率將會進入人耳可聽的約20~20kHz的范圍，此時功率電感器將會發生嘯叫。   

4.負荷導致的嘯叫  

出于節省電池電力的目的，筆記本電腦等移動設備中運用有各類省電技術，為此可能會導致電感器發生嘯叫。例如，出于兼顧低耗電量以及處理能力的目的，筆記本電腦CPU中帶有周期性變更消耗電流的模式，當該周期處于人耳可聽頻率范圍時，功率電感器可能會因該影響而產生嘯叫。  

注釋：DC-DC轉換器中功率電感器的作用  

電感器可使直流電流順利流過，而對于交流電流等發生變化的電流，則通過自感應作用，朝阻止發生變化的方向產生電動勢，發揮電阻的作用。此時，電感器將電能轉換為磁能，將其積攢起來，并在轉換成電能后將其放出。該能量的大小與電感器電感值成正比。

功率電感器也被稱為功率線圈、功率扼流圈，是用于DC-DC轉換器等開關方式電源電路中的主要元件，通過與電容器進行協調，使開關器件ON/OFF所產生的高頻脈沖更為平滑化。

由于電源電路的功率電感器中會流過大電流，因此繞組型為主流產品。這是因為，通過將高導磁率的磁性體（鐵氧體或軟磁性金屬）用于磁芯中，以較少巻數實現高電感值，從而可使產品更為小型化。圖3所示為使用功率電感器的DC-DC轉換器(非絕緣型及斬波方式)基本電路。  

圖3：DC-DC轉換器(非絕緣型及斬波方式)基本電路  

功率電感器主體振動以及噪音擴大的機制  

當流過人耳可聽范圍頻率的電流時，功率電感器主體發生的振動會引起嘯叫。其振動原因以及噪音原因有以下幾種可能。     

振動原因    

?磁性體磁芯磁致伸縮（磁應變）作用    

?磁性體磁芯磁化導致相互吸引    

?漏磁通導致繞組振動     

噪音放大原因    

?與其他元件接觸    

?漏磁通導致對周邊磁性體產生作用    

?與包括基板在內的組件整體固有振動數一致  

導致產生功率電感器嘯叫的振動原因以及噪音擴大原因如圖4進行了總結。  

圖4：導致產生功率電感器嘯叫的振動原因以及擴大原因

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