音频噪音是无线充电中常见的问题，尤其在安静的环境下，如床头给手机充电时，可能会打扰到用户休息。噪音主要来源于陶瓷贴片电容，由于压电效应，电容在电场变化下产生形变和机械振动，从而产生噪音。这种振动在PCB板上会引起更大的噪音。人耳能辨识的噪音范围为20Hz~20kHz，而无线充电中的通信频率正好处于这个范围内，尤其是Qi规范中的2kHz通信频率，处于人耳最敏感的音频范围内。为了减弱噪音，可以采取以下措施：1. 增加陶瓷电容底部保护层，减少对PCB的影响；2. 附加金属支架结构，减少逆压电效应产生的形变对PCB板的作用；3. 结构优化，避免PCB振动传递到外壳；4. 更换没有压电效应的电容，如钽电容，但需注意其效率和发热问题。伏达半导体作为无线充电领域的领先半导体公司，专注于电源管理芯片及方案的研发及创新，致力于为客户提供高性能、高效率、高可靠性的芯片产品及整体解决方案。

音频噪音是无线充电中常见的问题。客户关心这个噪音的原因在于如果将无线充电放在床头给手机充电，在非常安静的环境下，如果有“突-突-突”的噪音，有可能会打扰到用户睡觉。

常见的电路系统中的音频噪音来源

在无线充电电路系统设计中，音频噪音源主要来自于陶瓷贴片电容。陶瓷贴片电容产生噪音的原因叫做压电效应。压电效应指机械能和电能之间的相互转化。对于特殊的晶体物质，如果外加对它施加机械应力，它形变和机械结构的破坏会产生净电荷，这叫正压电效应。反过来，如果晶体两侧施加一个变化的电场，它的形状也会发生变化，这叫逆压电效应。陶瓷贴片电容属于这种特殊晶体的一种，当电容两端的施加一个变化的电场，电容本身就会发生形变而产生机械振动，机械振动引起噪音。

很多情况下，电容本身的机械振动不足以产生很大的噪音。但电容焊接在PCB板上时，电容本身的收缩会引起PCB的形变和上下振动，这种振动会引起较大噪音。

噪音被人能听得到才能称之为噪音。人耳能辨识的噪音的范围为20Hz~20kHz。意味着，如果有噪音产生，电容两端电场变化频率必须在20Hz～20kHz范围之内。在无线充电应用中，哪里会有这个频率段的应用？通信频率！

无线充电系统中容易产生噪音的原因

我们来回顾一下无线充电的通信机制。

Qi规范的无线充电，常用两种通信方式。一种叫做ASK，幅度调制通信；一种叫做FSK，频率调制通信。幅度调制通过电压和电流的变化来传播信号，自然会引起电容两端的电场变化，是引起噪音的主要原因。这种通信机制主要应用于接收端RX给发射端TX发生信号。常用的机理如图2所示。

图2.无线充电通信机制

在图2中，发射端输入往往会接有输入陶瓷电容。LCTank里面平均电流的变化往往会引起电容两端电压的变化。电容两端电压的变化就会引起陶瓷电容的振动以及噪音的产生。如果接收端通信电容越大，发射端发生的变化就越大，就越容易被解调，但反过来也会引起陶瓷电容的振动越大，噪音也就越大，这是一个不同参数之间的相互制衡。

图3.WPC幅度调制示意图

图3为幅度调制波形示意图【1】。WPC规定的通信频率为2kHz。因此它在输入端电容两端引起的电压变化主频为2KHz。这个频率恰好处在人耳最敏感的音频范围当中。

常见的噪音减弱办法

1.陶瓷电容增加底部保护层。【2】

如图4所示。由于保护层厚度部分不会有压电效应，当焊锡高度不超过底保护层厚度，这时产生的形变对PCB影响较小，可以有效降低噪音。往往，高耐压的电容底部较厚，同时电容在不同电压下变化较小，产生的噪音相对较小。

图4.加厚保护层

2.附加金属支架结构。【2】

MLCC与PCB板隔空，把逆压电效应产生形变通过金属支架弹性缓冲，减少对PCB板的作用，有效的降低噪声。

图5.带金属支架MLCC

3.结构优化。

很多PCB是通过铁螺丝固定在塑料外壳上，如果塑料外壳较薄。PCB的振动会传递到塑料外壳，引起塑料外壳振动，声音会被放大。所以建议在PCB振动源附近与外壳不要采用硬连接。比如在输入端，采用浮动的小板。

4.改变电容。

也可以将陶瓷电容换成没有压电效应的电容，比如钽电容。但是钽电容的ESR比较大，效率比较糟糕，发热会比较严重。

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Reference:

1.5.2-

2.https://mp.weixin.qq.com/s/nYcv9OUgeuL5BdpLoX_erg

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