充电电容啸叫：从发现到解决的完整历程

原文授权自公众号：小小的电子之路

最近，我们在设计锂电池充电电路板时遇到了一个棘手的问题--电路板在某些工作状态下会产生清晰可闻的异响。这不仅影响用户体验，还暗示电路可能存在潜在问题。经过一系列排查和优化，我们最终成功解决了这个问题。本文将详细介绍问题的发现、定位和解决过程，希望能为遇到类似问题的同行提供参考。

一、问题的发现：神秘的异响

在设计第一版锂电池充电电路板时，我们发现当电路工作在特定负载条件下时，会发出明显的"啸叫"声，这种声音类似于高频蜂鸣。起初，我们仅凭人耳难以准确定位异响源，因为这样一来，声音似乎来自整个PCB，而非某个特定元件。

二、问题的定位：听诊器+示波器双管齐下

机械故障听诊器

图片出自《硬件设计指南 从器件认知到手机基带设计》

为了精准定位异响源，我们使用了机械故障听诊器，这是一种常用于检测机械振动和异响的工具。通过逐一探测PCB上的关键元件，我们发现异响最大的地方集中在输出电容附近。

第一版PCB输出纹波

随后，我们使用示波器测量输出纹波，发现纹波幅度高达1Vpp@126Hz。这种低频纹波会导致电容内部的介质振动，产生可闻噪声（即"陶瓷电容啸叫"），同时带动整块PCB共振，放大异响。 第一版PCB异响测试

三、问题的解决：对称布局抵消振动

经过测试发现，即便是官方评估板，其输出纹波也维持在1Vpp左右。

布局优化-C19置于底层且与C20对称

我们决定从机械结构入手解决问题。由于第一版PCB的所有输出电容都布局在同一层，导致振动相互增强。因此，在第二版设计中，我们采用了正反对称布局，即相同容值的电容分布在PCB的顶层和底层，且位置对称。这样，当电容振动时，两面的振动方向相反，可相互抵消，从而避免带动整块PCB共振。

第二版PCB输出纹波

实测结果显示，虽然输出纹波仍维持在1Vpp左右，但由于电容振动被抵消，整板异响消失。听诊器测试显示单个电容仍有明显啸叫，但PCB整体已无振动噪声。

第二版PCB异响测试

四、经验总结

1. 异响定位：人耳难以精确定位噪声源时，可借助机械故障听诊器等工具辅助排查。

2. 纹波特性：某些芯片的纹波特性是固有属性，优化纹波代价很大。

3. 振动抵消：当无法消除振动源时，对称布局可有效抑制PCB共振，适用于对噪声敏感的应用场景。

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