降低電容聲學雜訊的三種方法

作者 : Damian Bonicatto, Landis + Gyr

為了讓有些陶瓷電容的電路板靜音,可以改採聲學靜音電容器,或是選擇具有更高額定電壓的電容器。如果要進一步降低成本,還有一種方法是對PCB進行實體更改...

有些表面黏著電容在音訊頻率下運作時,會出現聲學雜訊(acoustic noise)。 最近的一項設計採用了10μF、35V X5R 1206的陶瓷電容,就產生了明顯的聲學雜訊。為了讓這種電路板靜音,可以使用 Murata 和 Keemet 等製造商的聲學靜音電容器。遺憾的是,這類元件往往比標準零件的成本更高。另一種選擇是使用具有更高額定電壓的電容器,這有助於降低雜訊。但這些元件也可能比標準電容器更貴。第三種方法是對印刷電路板(PCB)進行實體更改。 當施加電壓時,陶瓷電容會發生膨脹;降低電壓時,陶瓷電容就會收縮。隨著電容尺寸的變化,PCB會發生彎曲,這是因為電容的兩端是透過焊料機械連接到PCB上。 圖1a顯示了未施加電壓時的電容,1b顯示向電容施加電壓時誇張的PCB彎曲情況。施加電壓可讓PCB像揚聲器一樣運作。有鑑於此,可以考慮採用兩種方法改善這個情況。第一種技術相對簡單:如果電路使用一個電容,則可以改為使用兩個並聯電容替換,每個電容的容量為雜訊電容的一半。這種方法可以讓用戶在板子的頂部放置一個電容,而在板底部放置兩個電容。兩個電容彼此直接位於另一個的上方,且其方向相同。當上部電容試圖使電路板向下彎曲時,下部電容會試圖使電路板向上彎曲。這兩個應力趨於相互抵消,PCB產生的聲音就很小。

圖1:(a)施加電壓時,陶瓷電容會發生膨脹;(b)降低電壓時,陶瓷電容會發生收縮。

添加第二個電容會增加成本,但替換雜訊電容為可能不產生雜訊的電容,其成本還要更高。Digi-Key的陶瓷電容約為27美分(1000個)。Kemet更低雜訊的KPS系列元件價格則約為1.50美元。第二種方法涉及在電容相鄰附近的PCB上各開一個槽(圖2)。當電容膨脹和收縮時,它僅使PCB的一小部份彎曲,這樣就能減少雜訊。

圖2:添加第二個電容會增加成本,但替換雜訊電容為可能不產生雜訊的電容,其成本還要更高。

並聯五個10μF、25V陶瓷電容並進行測試,結果表明,在PCB的頂部放置三個電容,在底部放置兩個電容,可以將雜訊降低14dBA (聲學分貝)。在五個電容的兩側佈置一個槽,可將雜訊降低15dBA。這兩種方法都大幅降低了雜訊。Murata JG8系列電容則可讓雜訊降低9.5dBA。如果能夠結合這些技術,應該可以再進一步降低雜訊。 參考文獻
  1. Laps, Mark; Roy Grace, Bill Sloka, John Prymak, Xilin Xu, Pascal Pinceloup, Abhijit Gurav, Michael Randall, Philip Lessner, and Aziz Tajuddin,“Capacitors for reduced microphonics and sound emission,” Electronic Components, Assemblies, and Materials Association, Capacitor and Resistor Technology Symposium Proceedings, 2007.
(原文刊登於Aspencore旗下EDN英文網站,參考連結:Reduce acoustic noise from capacitors,由趙明燦編譯。)

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