笔记本电脑中的电源线MLCC啸叫对策

以往，电子设备上多使用钽电容器和铝电解电容器，但是近年来由于产品小型化和可靠性问题，已经开始替换为陶瓷电容器。

随着电子设备的多功能化和静音化的发展，笔记本电脑和移动电话（智能手机）、数码相机、薄型电视等电源电路中，以往不起眼的陶瓷电容器产生的『啸叫(声音)』成为一大设计难题。

笔记本电脑中，电源线上使用的电容器产生的『啸叫(声音)』成为难题。

当更改为睡眠状态/摄像头启动等工作模式时，笔记本电脑的内部工作将发生变化，因此『啸叫(声音)』的大小根据工作模式而变化，听的方式也不同。

在此介绍电容器啸叫产生的原理以及笔记本电脑电源线『啸叫(声音)』的评估和对策方法。

笔记本电脑中易于发生『啸叫(声音)』的工作模式

• 睡眠模式

• 液晶背光的PWM调光

• 摄像头启动

• 视频播放

啸叫的产生原理

为什么陶瓷电容器会产生『啸叫(声音)』？

下面将对『啸叫的产生原理』和本公司进行的『啸叫的评估方法』进行讲解。

啸叫的评估方法

1) 声压级测量

通过测量「声压级」，量化（数值化）啸叫。

电波暗箱中使测量物体处在工作状态，通过话筒，用声级计测量声压级。

此外，为了评估和对策，用FFT分析仪确认声压级的频率特性。

2) 基板的位移量测量

通过测量基本的位移量，可确认电容器使基板振荡。

在使测量物体工作的状态下，激光照射在基板上，检测出反射光的多普勒频谱仪测量基板的位移量。

3) 电压变动测量

通过测量电容器端的「电压变动」，可调查对象电容器是否是产生啸叫的原因。

在使测量物体工作的状态下，来确认可听领域频率（20Hz-20kHz）的纹波电压是否施加到电容器上。

4) 关于声压级和基板的位移量关系

电容器是产生啸叫的原因时，基板的位移量和声压级一样频率变高。（红色点线框内）

5) 关于声压级和电压变动关系

电容器端的电压变动频谱，和声压级频谱一样，频率变大时（红色点线框内），可判断该电容器是啸叫产生原因。

笔记本电脑的评估

1) 操作模式不同，声压级也不同

当更改睡眠状态/摄像头启动等工作模式时，笔记本电脑的内部工作将发生变化，所以声压级/基板的位移量/电压变动也发生变化。

需要再易于产生啸叫的工作模式进行评估。

2) 笔记本电脑上容易成为『啸叫』原因的电容器是

2-1）笔记本电脑的电源线模式图

笔记本电脑中的电源线（DC-DC converter的一次侧）多使用电容器。若在该电源线上使用陶瓷电容器时，有时会产生啸叫。

2-2）电源线的电容器容易产生『啸叫』的原因

• 使用大静电容量的电容器

⇒ 高介电常数的介电体受电场的膨胀收缩变大。

• 给CPU，摄像头，RF模块等各电路供电。 

⇒ 很容易引起电压变动。

• 电源线的电压高达10-20V。 

⇒ 容易产生与电场成正比的逆压电应变。

3) 笔记本电脑的电源线框图

笔记本电脑的啸叫对策替换事例

电源线上『啸叫』成为问题时
电源线的电容器（12V电源线）

1) 电容器的搭载位置

电源线的电容器1206 inch尺寸/10uF产品共计21个。分别贴装在CPU等5种电路（电路A～E）。

2) 笔记本电脑的电源线框图

以粉色框的电源线的电容器为对象，实施了啸叫评估、对策。

3) 替换评估结果

以下所示的数据是由本公司实施评估所得的参考值。基板形状、元件的贴装状态等条件不同，声压级降低效果也有所差异。并不保证所有外壳都能获得效果。

工作模式不同声压级也不同，对声压级高的摄像头启动、睡眠状态、视频播放（液晶画面亮度max）、待机画面4种类型的工作模式进行啸叫评估、对策。

※所有评估均在FULL充电后、连接AC适配器的状态下进行。

将电源线的电容器全部替换为啸叫对策元件「KRM」，如下所示可降低声压级。

接下来展示各操作模式的结果详情。

＜替换结果详情 (1/4) ＞ 摄像头启动

＜替换结果详情 (2/4) ＞ 视频播放

＜替换结果详情 (3/4) ＞ 睡眠状态

＜替换结果详情 (4/4) ＞ 待机画面

每个电路替换为啸叫对策元件（KRM）时的声压级变化 (1/2)

电源线的电容器（粉红框内所示的位置）通过DC-DC converter分散到各电路前，因为在相同电源线上，所以具有相同的电压变动。

将每个电路上的该电源线的电容器替换为啸叫对策元件进行评估。

每个电路替换为啸叫对策元件（KRM）时的声压级的变化 (2/2)

上图所示的电源线的电容器按照电路[A-E]的顺序，将普通电容器（GRM）替换为啸叫对策元件（KRM）。

由于替换为KRM数量的增加，声压级逐渐降低。

将电源线的电容器全部替换为啸叫对策元件「KRM」，可降低以下声压级。

总结

1）『啸叫』的发生原理

一旦交流电场被施加在高介电常数材料的电容器上，电容器变形振动，使基板振荡，该振荡周期成为可听领域的频带（20Hz～20kHz）时，电容器产生的啸叫就成为“刺耳的声音”。

2) 啸叫的评估方法

进行声压级的测量和『啸叫』的定量化。
进行电压变动/基板的位移量的测量、评估。调查啸叫产生原因。
替换为啸叫对策产品。进行声压级的测量、评估，确认效果。

3) 笔记本电脑中易产生『啸叫』的电容器和工作模式

笔记本电脑中的电源线（DC-DC converter的一次侧）使用电容器。

该电池线通常电压很高，此外向消耗电力大的电路供电，所以很容易引起电压变动，对于电容器来说，很容易形成引起啸叫的工作条件。

此外，易产生『啸叫』的工作模式有睡眠模式/摄像头启动/液晶背光的PWM调光/视频播放。

4) 笔记本电脑的替换评估

改变工作模式，笔记本的电脑内部的工作也会发生改变，需要对易产生啸叫的工作模式分别进行评估。

电源线（DC-DC converter的一次侧）上使用多个陶瓷电容器时，电源线的一部分电容器不是啸叫对策，通过全部电容器的啸叫对策，可进一步降低声压级。

啸叫对策元件的介绍

＜对『啸叫』产生影响的原因以及对策＞

村田根据由于陶瓷电容器影响造成啸叫问题时，对啸叫产生影响的原因，提出使用啸叫对策元件和元件安装等方案，对应啸叫问题改善。

难以将振动传播到基板，控制圆角。

＜KRM系列＞

使用端子板等将陶瓷电容器从电路板上浮起来安装，带有金属端子的型号可以抑制振动传递到电路板上。

KRM系列阵容请查看此处。＞

＜ZRA/ZRB系列＞

通过将陶瓷电容器贴装在插入板上，抑制电容器振荡传播的类型。

ZRA系列阵容请查看此处。＞
ZRB系列阵容请查看此处。＞

使用不易产生啸叫的材料。
＜GJ4/GJ8系列＞

使用比传统的陶瓷材料低介电常数的材料，降低电容器的失真量的类型。
GJ4系列阵容请查看此处。＞
GJ8系列阵容请查看此处。＞

啸叫的产生原理（补充）

多层陶瓷电容器上使用的铁电体必须有压电性。
存在电场时，发生失真，由于芯片膨胀、收缩，产生『啸叫(声音)』