做过开关电源的朋友大多都遇到过这种情况：板子焊好了，一上电，耳朵旁边就传来“嗞嗞”或“吱吱”的声音。不用怀疑，大概率是那个方方正正的变压器发出来的。
这篇文章，就是想跟大家聊聊变压器这个声音到底是怎么发出来的？什么情况下它会叫？以及最重要的，如果遇到这种情况该怎么解决。
01
首先，咱们得科普一个基础事实：不是所有的振动你都能听见，人耳的听觉范围是20Hz到20kHz。低于20Hz（次声波）或高于20kHz（超声波），就算变压器振得再厉害，你也听不见。
那变压器为什么会振动呢？
开关电源里的变压器，工作时的电压和电流不是平滑的直流，而是一串串高频脉冲。这些脉冲会在磁芯里产生交变磁场，磁芯在磁场作用下会发生微小的伸缩。同时，绕组导线之间的电流会产生电动斥力，让线圈也跟着微动。
这些振动本身频率很高（几十到几百kHz），远超人耳范围。但问题是：当某些因素导致这个振动频率掉进20Hz-20kHz的区间，或者高频振动的包络频率落在这个区间时，你的耳朵就能捕捉到了。
换句话说：能听见声音，说明变压器在工作频率附近产生了异常的低频调制或间歇性工作。不一定是变压器本身问题，也可能是因为电路异常引起。
我曾经遇到过一种情况：单板测试正常，装成1U整机后响声异常，找了很久原因，最后才发现是变压器距离机壳顶部太近，形成了涡流，原理类似于电磁炉烧水。虽然这也算是变压器的问题，不过这种情况比较少见，咱们重点聊聊常见的。
02
根据咱们实际调试经验，叫声可以分为三种典型情况：
1、轻载或空载时叫，带一点负载就不叫了；
2、重载或满载时叫，轻载反而正常；
3、叫声随着负载大小变化而变化，甚至忽大忽小。
咱们分别说说每种情况下最可能的原因和解决办法。
情况一：轻载叫，带载后消失
这是最常见的情况，我们曾经也吃过亏。核心原因是芯片工作在间歇模式或跳周期模式。
很多PWM芯片在轻载时会进入Burst Mode（突发模式）或Skip Cycle（跳周期），目的是降低开关损耗、提高轻载效率。问题是，跳周期的时候，开关动作不是连续的——比如每10个周期里只工作2个周期，停8个周期。这个工作-停止的频率如果落在几百Hz到几kHz之间，变压器就会随着这个节奏振动，发出人耳可闻的声音。
咱们以芯片NCP1200来进行举例，通过芯片内部框图可以看到，当FB引脚电压低于1.4V参考电压时触发跳周期，负载越轻，跳过的周期越多。
怎么确认呢？
用示波器看SW节点波形。轻载时如果看到一簇一簇的开关波形，中间有明显的大段空白，而且这个空白的频率在几百Hz到几kHz，那就是它了。
那怎么解决呢？
第一，调整芯片的轻载工作模式阈值。如果芯片支持，可以把进入跳周期的负载点调低一些，让芯片不那么容易进入间歇工作状态。
第二，在输出端加一个合适的假负载。这样可以让电源避开深度轻载的跳周期区间。需要注意的是，假负载的功耗要算好，别把效率拖垮。
第三，检查反馈环路补偿。有时候环路太慢，输出电压波动大，也会诱使芯片频繁进入或退出跳周期，从而引起叫声。适当调整补偿参数可以改善这个问题。
情况二：重载时叫，轻载正常
这种情况要高度重视，因为往往预示着变压器饱和或功率接近极限。
当磁芯饱和时，原边电感量骤降，电流会瞬间飙升，表现为电流波形出现尖峰或斜率突然变陡。饱和瞬间，PWM会快速关断，下一个周期又尝试打开，如此反复。这种剧烈的电流变化会让磁芯和线圈产生强烈振动。
怎么确认呢？
用电流探头观察原边电流波形。正常波形应该是斜率平缓上升的三角波或梯形波。
首先从磁芯入手。你可以试着加一点气隙，这样能降低有效磁导率，磁芯就没那么容易饱和了，不过代价是漏感会稍微大一点。或者换个猛一点的磁芯材料，更扛造。一般不推荐减少原边匝数，因为匝数少了电感量也跟着掉，反而更容易饱和；更靠谱的做法是增加匝数，或者干脆换个大一号的磁芯。
如果排除掉饱和的问题，那多半就是变压器本身的工艺不过关了，比如浸漆没浸透、磁芯没点胶固定住、绕组松松垮垮的。解决办法是重新做真空浸漆，磁芯结合面点上胶，绕线的时候拉紧点，别让它松松垮垮的。
情况三：叫声随负载变化而变化，甚至忽大忽小
这是典型的环路不稳定导致的，这种遇到的比较少，问题通常是反馈补偿网络参数不当或接地走线不当造成的。
怎么确认呢？
首先是听声音，负载电流缓慢变化时，声音的音调也跟着变；或者负载稳定时，声音忽大忽小、断断续续。用示波器看SW波形，会发现开关频率本身稳定，但波形的占空比在低频振荡——比如在10%~50%之间来回摆动，摆动频率几百Hz。这就是环路在振荡。
具体怎么解决这个问题有点复杂，这里不展开讲了，大家感兴趣可以下来讨论。
03
你要是遇到过更奇怪的情况，欢迎留言一起讨论。
END
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