电感为什么会啸叫？漫画+动图，看完就明白了！

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功率电感器主体振动以及噪音扩大的机制当流过人耳可听范围频率的电流时，功率电感器主体发生的振动会引起啸叫。其振动原因以及噪音原因有以下几种可能。振动原因 ➀磁性体磁芯磁致伸缩（磁应变）作用 ➁磁性体磁芯磁化导致相互吸引 ➂漏磁通导致绕组振动噪音放大原因 ➀与其他元件接触 ➁漏磁通导致对周边磁性体产生作用 ➂与包括基板在内的组件整体固有振动数一致导致产生功率电感器啸叫的振动原因以及噪音扩大原因如图4进行了总结。以下对这些原因的主要内容进行说明。

图4：导致产生功率电感器啸叫的振动原因以及扩大原因产生振动的各种原因与作用振动原因➀：磁性体磁芯磁致伸缩（磁应变）对磁性体施加磁场使其磁化后，其外形会发生细微变化。该现象称为"磁致伸缩"或"磁应变"。以铁氧体等磁性体为磁芯的电感器中，绕组所产生的交流磁场会使磁性体磁芯发生伸缩，有时会检测到其振动声。

图5：磁性体磁致伸缩（磁应变）作用磁性体是称为磁畴的小范围的集合体（图5）。磁畴内部的原子磁矩朝向相同，因此磁畴是一个自发磁化朝向恒定的微小磁铁，但磁性体整体却不会表现出磁铁的特性。这是因为，构成磁性体的多个磁畴，其排列使自发磁化相互抵消，因此从表面上来看处于消磁状态。从外部对处于该消磁状态的磁性体施加磁场时，各个磁畴会将自发磁化朝向统一为外部磁场方向，因此磁畴范围会逐渐发生变化。该现象由磁畴间边界——磁壁的移动所引起。由此，随着磁化的进行，处于优势的磁畴逐渐扩大其范围，最终成为单一磁畴，并朝向外部磁场方向（饱和磁化状态）。该磁化过程中，在原子水平下会发生微小的位置变化，而在宏观水平下，则会表现为磁致伸缩，即磁性体的外形变化。磁致伸缩导致的外形变化极其微小，约为原尺寸的1万分之1～100万分之1，但如图5所示，在磁性体上绕有线圈的状态下流过电流，当施加所产生的交流磁场时，磁性体将会反复伸缩，并产生振动。为此，在功率电感器中，无法完全消除磁致伸缩所导致的磁性体磁芯振动。功率电感器单体振动水平虽小，但当贴装至基板上时，若其振动与基板的固有振动数一致，则振动将会被放大，从而会听到啸叫。振动原因➁：磁性体磁芯磁化导致相互吸引磁性体被外部磁场磁化时将会表现出磁铁性质，从而与周围磁性体相互吸引。图6所示为全屏蔽型功率电感器示例。此为闭合磁路结构的功率电感器，但鼓芯与屏蔽磁芯(环形磁芯)间设有间隙，噪音有时会从该处发出。绕组中流过交流电流时，因产生的磁场而被磁化的鼓芯与屏蔽磁芯将会因磁力而相互吸引，若该振动在人耳可听频率范围内时，则会听到噪音。鼓芯与屏蔽磁芯之间的间隙通过粘接剂进行封闭，但为了防止因应力产生开裂，因此不会使用较硬的材料，从而无法完全抑制因相互吸引所导致的振动。

图6：鼓芯与屏蔽磁芯相互吸引导致啸叫振动原因➂：漏磁通导致绕组振动不带有屏蔽磁芯的无屏蔽型功率电感器中，不会因前述鼓芯与屏蔽磁芯磁化导致的相互吸引而产生啸叫。但在无屏蔽型产品中会发生其他问题。由于无屏蔽型产品为开放磁路结构，因此漏磁通会对绕粗产生作用。由于绕组中会流过电流，因此根据佛来明左手定则，力会作用于绕组上。为此，当交流电流流过绕组时，绕组本身会发生振动，从而产生啸叫（图7）。

图7：磁通导致绕组振动噪音放大的各种原因噪音放大原因➀ 与其他元件接触在高密度贴装有多个电子元件及设备的电源电路基板中，若电感器与其他元件接触，则电感器的微小振动将会被放大，从而会听到啸叫。噪音放大原因➁ 漏磁通导致对周边磁性体产生作用当电感器附近存在屏蔽罩等磁性体时，磁性体会因电感器漏磁通影响产生振动，从发生啸叫。噪音放大原因➂ 与包括基板在内的组件整体固有振动数一致通常情况下，用于电感器等产品中的小型磁性体磁芯单体，其磁致伸缩导致的空气振动基本不会被识别为啸叫。但电感器由多个部件组合而成，且贴装于基板上时，将会产生多个人耳可听频率的固有振动数，该振动放大后便会形成啸叫。同时，若与组件整体的多个固有振动数相一致时，在安装至组件中之后有可能会发生啸叫。图8所示为，通过运用了FEM(有限元法)的计算机模拟器对贴装有功率电感器的基板振动情况进行分析的示例。所使用的分析模型中，功率电感器配置于基板（FR4）中央，并对基板长边2面进行了固定。一般情况下，结构体发生共振的固有值（固有振动数）拥有多个，与此相应，会有各种各样的振动模式。在该"功率电感器＋基板"的分析模型中，随着频率的提高，各固有振动数也会出现各种各样的振动模式。图8所示的1次、2次、5次、18次振动模式中，功率电感器可能是振动源。其中，1次模式的振动频率与功率电感器单体的振动频率基本相同。但值得注意的是，Z方向(高度方向)振动较为显著的2次模式在功率电感器单体的情况下出现了较高的频率，但固定于基板上后出现了极低的频率。《分析模型》功率电感器配置于基板（FR4）中央。边界条件：固定基板长边2面。 1次模式 :2034Hz~

2次模式 :2262Hz~

5次模式 :4048Hz~

18次模式 :16226Hz~

图8：通过计算机模拟器对"功率电感器+基板"的振动情况进行分析的示例功率电感器的啸叫对策以下就DC-DC转换器的功率电感器啸叫对策重点进行了总结。重点1：避免流过人耳可听频率电流避免流过人耳可听频率电流是最为基本的对策。但以节能等为目的的间歇工作以及频率可变模式的DC-DC转换器等无法避免人耳可听频率的通电时，请尝试以下静音化对策。重点2：周围不放置磁性体不在电感器附近放置可能受漏磁通影响的磁性体(屏蔽罩等)。不得已需要接近时，则应使用漏磁通较少的屏蔽型(闭合磁路结构)的电感器，同时还应注意放置方向。重点3：错开固有振动数有时通过错开固有振动数或提高振动数可降低啸叫。例如，通过变更电感器形状、种类、布局、基板紧固等条件，包含基板的组件整体固有振动数将会发生变化。此外，啸叫常见于7mm尺寸以上的大型功率电感器中。通过采用5mm以下的小型功率电感器，固有振动数将会提高，从而可降低啸叫。重点4：置换为金属一体成型型如上所述，在全屏蔽型功率电感器中，鼓芯与屏蔽磁芯会因磁性相互吸引，从而在间隙部位会发生啸叫。同时，在无屏蔽型功率电感器中，漏磁通引起的电线振动会导致产生啸叫。针对此类功率电感器啸叫问题，置换为金属一体成型型是有效的解决方案。这是通过在软磁性金属磁粉中嵌入空心线圈后进行一体成型的功率电感器。由于没有间隙，因此磁芯之间不会相互吸引，同时，由于固定线圈时使其与磁性体形成一体化，因此还可避免因磁通造成绕组振动的问题。不仅如此，TDK的产品还采用了磁致伸缩较小的金属磁性材料，因此可抑制因磁致伸缩导致的振动，通过置换无屏蔽型或全屏蔽型产品可有望降低啸叫。全屏蔽型与金属一体型的噪音比较以下将全屏蔽型与半屏蔽型功率电感器(TDK产品、约6mm尺寸)，以及全屏蔽型与金属一体成型型功率电感器(TDK产品、约12mm尺寸)作为测量样本，对噪音的发生情况进行了调查。在消声盒内部安装麦克风，以0A～额定电流的正弦波电流对安装于基板上的测量样本通电60秒，并以人耳可听频率20Hz~20kHz进行扫频，此间记录其峰值声压(图8)。如图表所示，比较全屏蔽型与半屏蔽型后可发现，声压等级会因频率而有所不同。比较全屏蔽型与金属一体成型型产品时，其中的差异较为显著。全屏蔽型中，在大范围的频带内产生有30~50dB左右水平的噪音。而在金属一体成型型中，在大范围频带内，其与背景噪音处于同等低的水平，即使在峰值部位，其与全屏蔽型相比也抑制了大约20dB。抑制20dB也就意味着仅为10分之1的水平，由此可见，置换为金属一体成型型是有效的对策。