如何减少磁性元件中的磁致伸缩噪声

当用交流信号驱动时，磁性元件可能会表现出一种令人讨厌的属性。一种称为磁致伸缩的效应会导致磁性材料发生振动，这种振动可以作为可听见的声音被听到。这可能是微弱的、几乎听不见的嗡嗡声，或者像在某些开关调节器中可能听到的响亮的点击声。

虽然你可能想尝试完全消除磁致伸缩及其噪声，但你会发现自己运气不佳，因为磁致伸缩是磁性材料的固有属性。尽管如此，你仍然可以在产品中采取措施来减少磁性元件的噪声。

磁致伸缩导致磁性元件噪声

磁性材料和元件产生噪声的原因是一种称为磁致伸缩的现象。当元件中的磁性材料被来自交流信号的磁化时，材料中诱导的磁化会导致材料膨胀。在输入交流信号的每个周期中，材料反复膨胀和收缩，这导致元件周围的空气振动。这种振动可以作为可听见的噪声被听到。

如果元件用开关（PWM）信号驱动，则核心中的交替磁化和由此产生的振动将激发元件磁性核心材料中的一组共振。这可能会产生可听见的嗡嗡声或点击声。

产生的噪声可能取决于几个因素：

• 驱动信号的频率
• 驱动信号的占空比
• 核心是否进入饱和或磁通游走
• 驱动信号的幅度
• 核心材料类型
• 核心尺寸和维度

不幸的是，我所知道的，并没有任何好的模型可以预测由于磁致伸缩而产生的噪声特性。在某些情况下，噪声可以在不使用助听器的情况下被听到，但稍微改变一个参数就会导致它消失。

如何减少磁致伸缩噪声

磁致伸缩产生的噪声可能是良性的或几乎不可察觉的，在这种情况下，它可能不会对产品的用户体验产生不利影响。有时，磁致伸缩可能是极端的，并且可能违反产品的可听声音限制规范。无论哪种情况，你都无法完全消除磁致伸缩噪声，但你可能能够将其减少到不可听见的程度。

减少磁致伸缩的一些想法包括：

• 更改磁性（电感）封装
• 更改驱动信号的频率或幅度
• 使用具有替代材料的磁性元件
• 使用具有不同封装的不同元件
• 封装产品的外壳
• 向外壳添加填充物或绝缘材料（避免烤箱效应！）

由于磁致伸缩效应最常见的组件之一是用于高电流开关转换器的非屏蔽环形电感器，例如下面的电感器。这些大型电感器通常用于高电流开关调节器，它们可以在可听频率范围内产生噪声；较大的电感器将在较低频率处产生噪声。

另一种常见观察到磁致伸缩效应的组件是变压器。这包括平面变压器、手绕变压器等，它们具有紧凑的外形，因此人们会预期它们的噪声频率较低。

像Würth Elektronik PN: 74941302这样的平面变压器，可以因磁致伸缩而产生噪声。

减少开关电源调节器中磁致伸缩的最简单方法是改变设计中使用的开关信号的驱动频率。假设您有一个频率可编程的振荡器或门驱动器，您可以尝试将频率向上或向下移动。另一个选项是使用具有不同几何形状或封装的完全不同的组件，因为这将改变围绕核心材料的磁通量，从而也改变组件的振动特性。

一旦您确定了来自磁致伸缩的噪声，就由您为产品开发一个可听声音限制。对于使用小风扇的产品也是如此，因为这些也会产生来自电子设备和气流的噪声。这些通常是在特定中频（例如，5 kHz）处声级（以dB为单位）的限制。

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