充電電容嘯叫：從發現到解決的完整歷程，有圖有視頻

原文授權自公眾號：小小的電子之路

最近，我們在設計鋰電池充電電路板時遇到了一個棘手的問題--電路板在某些工作狀態下會產生清晰可聞的異響。這不僅影響用戶體驗，還暗示電路可能存在潛在問題。經過一系列排查和優化，我們最終成功解決了這個問題。本文將詳細介紹問題的發現、定位和解決過程，希望能為遇到類似問題的同行提供參考。

一、問題的發現：神秘的異響

在設計第一版鋰電池充電電路板時，我們發現當電路工作在特定負載條件下時，會發出明顯的"嘯叫"聲，這種聲音類似于高頻蜂鳴。起初，我們僅憑人耳難以準確定位異響源，因為這樣一來，聲音似乎來自整個PCB，而非某個特定元件。

二、問題的定位：聽診器+示波器雙管齊下

機械故障聽診器

圖片出自《硬件設計指南 從器件認知到手機基帶設計》

為了精準定位異響源，我們使用了 機械故障聽診器 ，這是一種常用于檢測機械振動和異響的工具。通過逐一探測 PCB 上的關鍵元件，我們發現 異響最大的地方集中在輸出電容附近 。

第一版PCB輸出紋波

隨后，我們使用示波器測量輸出紋波，發現 紋波幅度高達1Vpp@126Hz 。這種低頻紋波會導致電容內部的介質振動，產生可聞噪聲（即 "陶瓷 電容嘯叫 " ），同時帶動整塊 PCB 共振，放大異響。

第一版 PCB異響測試

三、問題的解決：對稱布局抵消振動

經過測試發現，即便是官方評估板，其輸出紋波也維持在1Vpp左右。

布局優化-C19置于底層且與C20對稱

我們決定從機械結構入手解決問題。由于第一版PCB的所有輸出電容都布局在同一層，導致振動相互增強。因此，在第二版設計中，我們采用了正反對稱布局，即相同容值的電容分布在PCB的頂層和底層，且位置對稱。這樣，當電容振動時，兩面的振動方向相反，可相互抵消，從而避免帶動整塊PCB共振。

第二版PCB輸出紋波

實測結果顯示，雖然輸出紋波仍維持在1Vpp左右，但由于電容振動被抵消，整板異響消失。聽診器測試顯示單個電容仍有明顯嘯叫，但PCB整體已無振動噪聲。

第二版PCB異響測試

四、經驗總結

1. 異響定位：人耳難以精確定位噪聲源時，可借助機械故障聽診器等工具輔助排查。

2. 紋波特性：某些芯片的紋波特性是固有屬性，優化紋波代價很大。

3. 振動抵消：當無法消除振動源時，對稱布局可有效抑制PCB共振，適用于對噪聲敏感的應用場景。

原文授權自公眾號：小小的電子之路