電源設計技術資訊網站

電源設計支援工具   English   简体中文   日本語   한국어

直接洽詢工程師

何謂最適合開關電源的電容和電感

安裝相對課題 -聲響-

電容篇 -7-

Keyword
  • 積層陶瓷
  • MLCC
  • 聲響
  • 壓電性
  • 壓電效應
  • 逆壓電性
  • 逆壓電效應
  • 兩面安裝
  • LW顛倒
  • MLCC低歪曲材料
  • 金屬框

-接下來,請說明另1個安裝相對課題「聲響」。我認為聲響是一種可以從機板聽到嘰喳聲的現象,例如。有些行動機器用廉價充電器的聲音就非常大。

沒錯。視機器或環境而定,有些聲響或許不會被注意到或不會讓人在意,不過剛才所舉的行動機器充電器等如果在睡眠時的安靜環境下鳴響的話我想就會讓人在意了。此外,音響機器等除了播放音以外還可以聽到其他聲音也是一大問題。

-能否先請您說明聲響的機制?

高介電率型的陶瓷電容具有電壓一外加於介電體便會使介電體變形(歪曲)的特性。這是壓電效應的相反現象,亦稱為逆壓電效應。此外,具備此種特性有時表示擁有壓電性或逆壓電性。若外加的是DC電壓則只會產生配合該電壓的歪曲,但若是有振幅的電壓則MLCC會周期性變形使機板振動。若其頻率為可聽頻寬的20Hz~20kHz,則可以聽到聲音。

上述進一步以上圖具體顯示。圖形表示外加電壓與MLCC變形的關係,不過若試著以開關電源來思考的話,輸出電壓雖然是DC,卻包含起因於開關頻率的漣波電壓。輸出漣波有時會誘發作為輸出電容使用的MLCC的振動。

機板中,因位於MLCC兩端的電極被焊接,故電極間長度方向的變形(圖的雙藍箭頭)會使機板朝表面方向(雙綠箭頭)變形,藉由反覆而振動。此振動將以機板為媒介擴増後變為可聽等級的音壓,這就是聲響。當然,條件是振動頻率須為可聽頻寬。

-我覺得聲響是某種傳統現象,有什麼樣的對策可行呢?

聲響除了與介電體材料或電容形狀有關外,由於與機板的大小或安裝狀態等也有關連,因此實際上有必要檢討電容本身的對策和設計等部分。總之,要完全抑制聲響非常困難,可以朝改善至容許範圍內的目標前進。在這裡介紹4個對策。

①材料的改善
使用逆壓電效應低,也就是變形少的介電體材料的MLCC已經問世。基本上,如右圖所示,低介電率材料的扭曲會變低。例如,LD(Low Distortion)系列等可減輕聲響的產品系列。

②機板設計的改善
這是機板方面的改善。例如,針對相同電源線,如圖所示將相同MLCC安裝於兩面。由於2個MLCC的振動變成逆相後相互打消,因此可以緩和振動。

③構造的改善:LW(長度-幅度)顛倒構造
一般來說,MLCC電極間的長度比幅度還長。藉由使電極間的長度變短可以減輕導致機板振動的電極間變形因素。圖示的類型是幅度比電極間寬的MLCC,圖中的「RGC」是顛倒構造型。

④構造的改善:金屬框型
在彎曲應力對策中已經敘述過的金屬框型MLCC也有助於聲響的改善。從構造上我想應該可以立刻想像,金屬框可吸收MLCC的振動。

-各對策的效果會有多大感覺呢?

這4個對策中金屬框的高效果值得期待,您只要看測試資料便可以一目瞭然,在標準品和金屬框型方面,音壓最大可以改善30dB左右。



-聲響對策有什麼要注意的地方嗎?

聲響如一開始所說的,除了MLCC的材料或形狀之外,由於與機板或安裝也有關連,因此視情況而定必須從各種角度來檢討。不只是改善效果的大小,為了改善聲響,亦有可能必須變更機板設計或零件。在現實面上有時這些將成為限制事項而有折衷的必要。

例如,金屬框型雖然改善效果高,不過零件有高度,在高度受限制的情況下也許無法使用。反之,若因效果可以確認且沒有高度問題而採用LW顛倒型的話,則必須變更配線方式或設計。這種限制事項與對策的關係有總整理的表格可以提供您參考。

電容廠商由於可以支援包含這類問題在內的綜合性聲響對策,我想洽詢廠商也是很好的方法。

-另外,聲響對積層陶瓷電容本身的信賴性等是否有不良影響?例如,如果聲音不會造成問題的話,是否可以任其鳴響繼續使用呢?

一般認為對MLCC本身沒有影響。MLCC本身的振動是非常小的皮米~奈米。相對的,利用壓電效應的壓電式蜂鳴器或陶瓷振動器等由於積極利用幾十倍的振動,因此具備了充分的信賴性。從這一點我想您應該也可以理解,MLCC的逆壓電效對應信賴性不會有特別的影響。

-最後,我想問一個無關緊要的問題。「聲響」這句話的日文發音在業界似乎有很多人發「おとなき﹙otonaki﹚」。只是,從日語的觀點或語源來看應該唸「ねなき﹙nenaki﹚」才算正確,您覺得如何呢? 不好意問了瑣碎的問題,只是有一點好奇。

確實都說「おとなき﹙otonaki﹚」。我想是因為工程師們是理科,國語並不精通,我自己也不太清楚。

何謂最適合開關電源的電容和電感
電容篇 -Part 1-

何謂最適合開關電源的電容和電感
電容篇 -Part 2-

何謂最適合開關電源的電容和電感
電容篇 -Part 3-

何謂最適合開關電源的電容和電感
電容篇 -Part 4-

何謂最適合開關電源的電容和電感
電容篇 -Part 5-

何謂最適合開關電源的電容和電感
電容篇 -Part 6-

Power SupplyIC Technical Materials Free Download