CN110312359A - 用来降低电容器噪音的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用来降低电容器噪音的装置与方法，所述装置包含：电容器，包含电容器主结构、第一端子与第二端子；以及印刷电路板，包含印刷电路板主结构、第一线路与第二线路，其中所述印刷电路板主结构位于所述印刷电路板的至少一层，所述第一线路与所述第二线路位于所述印刷电路板的另一层，以及所述第一线路与所述第二线路分别耦接至所述第一端子与所述第二端子。所述另一层中的对应于所述电容器主结构的位置具有线路回避区，以避免所述电容器的形变改变所述印刷电路板的形状，藉此降低所述电容器的噪音。本发明能在较少或完全没有副作用的状况下，具体改善多层陶瓷电容器于施加其上的电压变化时产生噪音的问题，甚至能完全避免所述问题。

Description

用来降低电容器噪音的装置与方法

技术领域

本发明涉及电子电路中的电源模块，尤指一种用来降低电容器噪音的装置与方法。

背景技术

多层陶瓷电容器(Multi-Layer Ceramic Capacitor,MLCC)在电压改变时会产生形变，这样的形变会拉扯印刷电路板而产生振动，尤其，随着振动发出噪音。例如，当对应的频率落在20赫兹(Hz)至20千赫兹(kHz)人耳就可以听到这个噪音。现有技术中提出了某些技术方案，以尝试解决噪音问题。然而，一些额外的问题诸如副作用就产生了。这些额外的问题例如：电容的成本变高、特殊设计的电容不易取得等。也就是说，这些技术方案无法在较少副作用或完全没有副作用的状况下，具体改善多层陶瓷电容器的噪音问题。因此，需要一种新颖的架构，以减少噪音及改善使用者体验。

发明内容

本发明的目的在于公开一种用来降低电容器噪音的装置与方法，以在不带来副作用或完全没有副作用的状况下，解决现有技术中的问题。

本发明的另一目的在于公开一种用来降低电容器噪音的装置与方法，以改善使用者体验。

本发明的实施例公开了一种用来降低电容器噪音的装置，所述装置包含：电容器，包含电容器主结构、第一端子与第二端子；以及印刷电路板，包含印刷电路板主结构、第一线路与第二线路，其中所述印刷电路板主结构位于所述印刷电路板的至少一层，所述第一线路与所述第二线路位于所述印刷电路板的另一层，以及所述第一线路与所述第二线路分别耦接至所述第一端子与所述第二端子。所述另一层中的对应于所述电容器主结构的位置具有线路回避区，以避免所述电容器的形变改变所述印刷电路板的形状，藉此降低所述电容器的噪音。

本发明的实施例另公开了一种用来降低电容器噪音的装置，所述装置包含：切换控制电路，用来进行切换控制；电容器，包含电容器主结构、第一端子与第二端子；以及印刷电路板，包含印刷电路板主结构、第一线路与第二线路，其中所述印刷电路板主结构位于所述印刷电路板的至少一层，所述第一线路与所述第二线路位于所述印刷电路板的另一层，以及所述第一线路与所述第二线路分别耦接至所述第一端子与所述第二端子。在进行所述切换控制的期间，所述切换控制电路改变切换频率，以降低所述电容器所导致的噪音。

本发明的实施例另公开了一种用来降低电容器噪音的方法，所述方法包含：利用装置中的切换控制电路进行切换控制，以供电给负载，其中所述装置包含电容器与印刷电路板；以及在进行所述切换控制的期间，利用所述切换控制电路改变切换频率，以降低所述电容器所导致的噪音。

本发明能在较少副作用或完全没有副作用的状况下，具体改善多层陶瓷电容器于施加其上的电压变化时产生噪音的问题，甚至能完全避免所述问题。另外，依据本发明的实施例来实施并不会增加许多额外的成本。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的一种用来降低电容器噪音的装置的示意图。

图2为图1所示的局部电路于一实施例中所涉及的实施细节。

图3为依据本发明一实施例的一种用来降低电容器噪音的方法的控制方案。

图4为依据本发明另一实施例的上述用来降低电容器噪音的方法的控制方案。

其中，附图标记说明如下：

具体实施方式

图1为依据本发明一实施例的一种用来降低电容器噪音的装置100的示意图。装置100可包含切换控制电路110与局部电路120，而局部电路120可包含电感器L、电容器C以及输出端子诸如端子Vout。电容器C可包含电容器主结构以及端子N11与N12，且可分别通过端子N11与N12耦接至电感器L与参考电压位准诸如接地电压位准(于图1中以接地符号表示，以便于理解)。局部电路120中的某些端子可耦接至切换控制电路110，尤其，分别耦接至切换控制电路110的端子N1与N2。

依据本实施例，切换控制电路110可用来进行切换控制，以通过局部电路120供电给下一级电路，诸如耦接于端子Vout的负载。为了便于理解，装置100可实施成电子电路中的电源模块，但本发明不限于此。电源模块的例子可包含(但不限于)：电源转换电路、稳压电路、电源管理电路等。另外，装置100可包含印刷电路板，以供设置多个元件诸如切换控制电路110、电感器L、电容器C等，而上述多个元件之间的线路可位于上述印刷电路板当中。举例来说，电容器C可以实施成多层陶瓷电容器。

图2为图1所示的局部电路于一实施例中所涉及的实施细节，其中局部电路200可作为局部电路120的例子，电容器210可作为电容器C的例子，且电容器210的电容器主结构MLCC以及端子211与212可分别作为电容器C的上述电容器主结构以及端子N11与N12的例子。为了便于理解，电容器主结构MLCC是采用符号「MLCC」来表示，以指出电容器210是多层陶瓷电容器。另外，上述印刷电路板可包含印刷电路板主结构PCB以及线路221与222。印刷电路板主结构PCB可位于这个印刷电路板的至少一层(例如一或多层)，线路221与222可位于这个印刷电路板的另一层，且线路221与222可分别耦接至端子211与212，尤其，可通过焊锡231与232妥善地电气连接至端子211与212。举例来说，上述另一层可实施成金属层，焊锡231中的一部分焊锡可延伸至端子211的下方，且焊锡232中的一部分焊锡可延伸至端子212的下方。

依据本实施例，上述另一层中的对应于电容器主结构MLCC的位置具有线路回避区(Routing Keep-out Region)，诸如图2中的位于线路221与222之间的空间，以避免电容器210的形变改变这个印刷电路板的形状，藉此降低电容器210的噪音。请注意，上述另一层于这个线路回避区中不包含任何线路。如图2所示，当这个印刷电路板位于电容器210的下方时，上述线路回避区位于电容器主结构MLCC的下方，而线路221的局部线路位于端子211下方，并且线路222的局部线路位于端子212下方。举例来说，线路回避区在电容器210下方的宽度，诸如线路221的上述局部线路以及线路222的上述局部线路之间的间隙(gap)，可大于这个印刷电路板上的其它位置的任何两个线路之间的间隙，尤其，可接近或等于电容器210的端子211与212之间的间隙。于本实施例中，施加于电容器210的电压可响应上述切换控制而改变，而电容器210的上述形变可包含电容器210随着上述电压的改变而改变形状。由于设置了这个线路回避区，故电容器210的上述形变难以拉扯印刷电路板而产生振动，也因此难以随着振动发出噪音。

基于图2所示架构，本发明能在较少副作用或完全没有副作用的状况下，具体改善多层陶瓷电容器于施加其上的电压变化时产生噪音的问题，甚至能完全避免所述问题。另外，依据本实施例来实施上述线路回避区并不会增加许多额外的成本。

依据某些实施例，在进行上述切换控制的期间，切换控制电路110可改变切换频率Fsw，以降低电容器C(例如电容器210)所导致的噪音。装置100可用以分别于多个模式中供电给负载，且上述多个模式可包含重载模式与轻载模式。举例来说，上述电子电路可为电子装置中的控制电路，而电子装置可实施成多功能行动电话，其中重载模式可适用于录影、手游等方面的应用，而轻载模式可适用于听音乐、休眠等方面的应用，但本发明不限于此。

图3为依据本发明一实施例的一种用来降低电容器噪音的方法的控制方案。于上述重载模式中，切换控制电路110可随时间的变化而改变切换频率Fsw，尤其，可通过调整电感器L的峰值电流I(例如切换控制电路110于上述切换控制中针对电感器L上的电流IL的上限)来触发切换控制电路110中内建的动态调变机制改变切换频率Fsw，其中横轴T代表时间。举例来说，上述动态调变机制可用来控制电流IL于峰值电流I与零电流之间反复地增加与减少，其中电流IL可在区间[0,I]中反复地升降，但本发明不限于此。

依据本实施例，由于切换频率Fsw持续地改变，故施加于电容器C(例如电容器210)的电压不但可响应上述切换控制而改变，还会响应切换频率Fsw的频率改变而带有对应的频率变化，这表示：在电容器C的形变拉扯印刷电路板而产生振动及其噪音的状况下，于频域上的表现会从具有较高能量的单频(例如单音频)变成分别具有较低能量的多频(例如多音频)。当能量从上述单频分散到上述多频时，电容器C所导致的噪音也对应地降低。

为了便于理解，表1展示切换控制电路110的设定值与峰值电流I之间的关系的例子，其中设定值可以是3位的二进位数值(以前面带有符号「3b’」的3位数表示)，而峰值电流I的单位可以是毫安(milliampere,mA)，但本发明不限于此。

表1

设定值	峰值电流I(mA)
		3b’001	700
3b’010	850
		3b’011	1000
3b’100	1100
		3b’101	1200
3b’110	1350
		3b’111	1500

举例来说，切换控制电路110可动态地改变设定值，尤其，依据序列{{3b’010,3b’011,3b’100,3b’101,3b’110,3b’101,3b’100,3b’011},{3b’010,3b’011,3b’100,3b’101,3b’110,3b’101,3b’100,3b’011},…}、以每10毫秒(millisecond,ms)改变一次设定值的方式依序改变(例如增加、减少、增加、减少…)设定值，以周期性地调整峰值电流I，使切换频率Fsw基于上述动态调变机制自动地反向改变(例如减少、增加、减少、增加…)。于第一周期中，峰值电流I可随着序列{{3b’010,3b’011,3b’100,3b’101,3b’110,3b’101,3b’100,3b’011},{3b’010,3b’011,3b’100,3b’101,3b’110,3b’101,3b’100,3b’011},…}依序改变(例如增加、减少、增加、减少…)，且切换频率Fsw可对应地改变(例如可依序为频率{{F5,F4,F3,F2,F1,F2,F3,F4},{F5,F4,F3,F2,F1,F2,F3,F4},…}，其中F5>F4>F3>F2≥F1)；于第二周期中，峰值电流I可随着序列{{3b’010,3b’011,3b’100,3b’101,3b’110,3b’101,3b’100,3b’011},{3b’010,3b’011,3b’100,3b’101,3b’110,3b’101,3b’100,3b’011},…}依序改变(例如增加、减少、增加、减少…)，且切换频率Fsw可对应地改变(例如可依序为频率{{F5,F4,F3,F2,F1,F2,F3,F4},{F5,F4,F3,F2,F1,F2,F3,F4},…})；…依此类推。

依据某些实施例，切换控制电路110改变设定值的方式可予以变化，例如依据其它的序列来改变设定值，以持续地调整峰值电流I来对应地改变切换频率Fsw，使能量从上述单频分散到上述多频，藉此降低电容器C所导致的噪音。

依据某些实施例，不论装置100(例如：局部电路120诸如局部电路200)中是否设置了上述线路回避区，图3所示的控制方案可应用于装置100。

图4为依据本发明另一实施例的上述用来降低电容器噪音的方法的控制方案。当从上述重载模式切换至上述轻载模式时，切换控制电路110可增加切换频率Fsw且减少峰值电流I，尤其，可通过减少峰值电流I来触发切换控制电路110中内建的动态调变机制增加切换频率Fsw，使端子Vout上的电压V(例如施加于电容器C的电压)的波形对应地变化，例如上述波形的最大值减少、且升降频率随着切换频率Fsw增加而增加，其中横轴T代表时间。

依据本实施例，由于电压V的波形整个变小了，故对应的能量也变小了，这表示：在电容器C的形变拉扯印刷电路板而产生振动及其噪音的状况下，于频域上的表现会从具有较高能量的较低频(例如较低音频)变成具有较低能量的较高频(例如较高音频)。当能量减少，电容器C所导致的噪音也对应地降低。

举例来说，切换控制电路110可于上述重载模式中将设定值设定为重载预设值诸如3b’101以控制峰值电流等于1200mA，使切换频率Fsw基于上述动态调变机制自动地维持在3.38kHz，其中电压V的峰-峰值(peak-to-peak value)Vpp可以等于59.2毫伏(millivolt,mV)，而电池的电流IBAT可以等于5.4mA。另外，切换控制电路110可于上述轻载模式中将设定值设定为轻载预设值诸如3b’010以控制峰值电流等于850mA，使切换频率Fsw基于上述动态调变机制自动地维持在14.86kHz，其中电压V的峰-峰值Vpp可以等于21.7mV，而电池的电流IBAT可以等于5.3mA。

依据某些实施例，上述重载预设值与轻载预设值可予以变化，例如改为其它预设值(诸如表1的左侧栏位中的其它值)。

依据某些实施例，不论装置100(例如：局部电路120诸如局部电路200)中是否设置了上述线路回避区，图4所示的控制方案可应用于装置100。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种用来降低电容器噪音的装置，其特征在于，所述装置包含：

电容器，包含电容器主结构、第一端子与第二端子；以及

印刷电路板，包含印刷电路板主结构、第一线路与第二线路，其中所述印刷电路板主结构位于所述印刷电路板的至少一层，所述第一线路与所述第二线路位于所述印刷电路板的另一层，以及所述第一线路与所述第二线路分别耦接至所述第一端子与所述第二端子；

其中所述另一层中的对应于所述电容器主结构的位置具有线路回避区。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述另一层于所述线路回避区中不包含任何线路。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述印刷电路板位于所述电容器的下方时，所述线路回避区位于所述电容器主结构的下方。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述印刷电路板位于所述电容器的下方时，所述第一线路的局部线路位于所述第一端子下方，以及所述第二线路的局部线路位于所述第二端子下方。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，施加于所述电容器的电压响应切换控制而改变，所述电容器的形状随着所述电压的改变而改变。

6.一种用来降低电容器噪音的装置，其特征在于，所述装置包含：

切换控制电路，用来进行切换控制；

电容器，包含电容器主结构、第一端子与第二端子；以及

印刷电路板，包含印刷电路板主结构、第一线路与第二线路，其中所述印刷电路板主结构位于所述印刷电路板的至少一层，所述第一线路与所述第二线路位于所述印刷电路板的另一层，以及所述第一线路与所述第二线路分别耦接至所述第一端子与所述第二端子；

其中在进行所述切换控制的期间，所述切换控制电路改变切换频率，以降低所述电容器所导致的噪音。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置用以分别于多个模式中供电给负载，且所述多个模式包含重载模式与轻载模式；以及于所述重载模式中，所述切换控制电路随时间的变化而改变所述切换频率。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置用以分别于多个模式中供电给负载，且所述多个模式包含重载模式与轻载模式；以及当从所述重载模式切换至所述轻载模式时，所述切换控制电路增加所述切换频率、且减少关于所述切换控制的峰值电流。

9.一种用来降低电容器噪音的方法，其特征在于，所述方法包含：

利用装置中的切换控制电路进行切换控制，以供电给负载，其中所述装置包含电容器与印刷电路板；以及

在进行所述切换控制的期间，利用所述切换控制电路改变切换频率，以降低所述电容器所导致的噪音。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述装置用以分别于多个模式中供电给所述负载，且所述多个模式包含重载模式与轻载模式；以及所述方法另包含：

在所述重载模式中，利用所述切换控制电路随时间的变化而改变所述切换频率。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述装置用以分别于多个模式中供电给所述负载，且所述多个模式包含重载模式与轻载模式；以及所述方法另包含：

当从所述重载模式切换至所述轻载模式时，利用所述切换控制电路增加所述切换频率、且减少关于所述切换控制的峰值电流。