Wie man Geräusche von Magnetostriktion in magnetischen Komponenten reduziert

Magnetische Komponenten können eine ärgerliche Eigenschaft aufweisen, wenn sie mit einem Wechselstromsignal betrieben werden. Ein Effekt in magnetischen Materialien, bekannt als Magnetostriktion, führt zu Vibrationen in magnetischen Materialien, die als hörbarer Ton wahrgenommen werden können. Dies kann ein geringes, kaum hörbares Brummen oder ein lautes Klickgeräusch sein, wie man es bei einigen Schaltreglern hören könnte.

Obwohl Sie versuchen möchten, die Magnetostriktion und ihr Geräusch vollständig zu eliminieren, werden Sie feststellen, dass Sie kein Glück haben, da die Magnetostriktion eine inhärente Eigenschaft magnetischer Materialien ist. Dennoch gibt es Dinge, die Sie in Ihrem Produkt tun können, um Geräusche von magnetischen Komponenten zu reduzieren.

Magnetostriktion verursacht Geräusche in Magnetik

Die Ursache für Geräusche aus magnetischen Materialien und Komponenten ist ein Phänomen, das als Magnetostriktion bekannt ist. Wenn das magnetische Material in einer Komponente durch ein eingehendes Wechselstromsignal magnetisiert wird, führt die induzierte Magnetisierung im Material dazu, dass das Material sich ausdehnt. Während jedes Zyklus des Eingangswechselstromsignals dehnt und zieht sich das Material wiederholt zusammen, was zu Vibrationen in der Luft um die Komponente herum führt. Diese Vibration kann als hörbares Geräusch wahrgenommen werden.

Wird die Komponente mit einem Schalt- (PWM-) Signal betrieben, dann regt die wechselnde Magnetisierung im Kern und die resultierende Vibration eine Gruppe von Resonanzen im magnetischen Kernmaterial der Komponente an. Dies kann hörbare Brumm- oder Klickgeräusche erzeugen.

Das resultierende Geräusch kann von mehreren Faktoren abhängen:

• Frequenz des Ansteuersignals
• Tastverhältnis des Ansteuersignals
• Ob der Kern in Sättigung oder Flusswanderung eingetreten ist
• Amplitude des Ansteuersignals
• Kerntyp des Materials
• Kerngröße und -abmessungen

Leider gibt es keine guten Modelle (die ich kenne), um die Geräuscheigenschaften aufgrund von Magnetostriktion vorherzusagen. In einigen Fällen kann das Geräusch ohne Hörhilfen gehört werden, aber eine geringfügige Änderung eines Parameters lässt es verschwinden.

Wie man Magnetostriktionsgeräusche reduziert

Geräusche von Magnetostriktion könnten harmlos oder kaum wahrnehmbar sein, in welchem Fall sie möglicherweise nicht nachteilig für die Benutzererfahrung Ihres Produkts sind. Manchmal kann die Magnetostriktion extrem sein und sie könnte die Spezifikation für den hörbaren Schallgrenzwert Ihres Produkts verletzen. In jedem Fall können Sie das Geräusch der Magnetostriktion nie vollständig beseitigen, aber Sie könnten in der Lage sein, es auf ein unhörbares Niveau zu reduzieren.

Einige Ideen zur Reduzierung der Magnetostriktion umfassen:

• Ändern der Magnetik (Induktor) Verpackung
• Ändern der Frequenz oder Amplitude des Ansteuersignals
• Verwendung von Magnetik mit einem alternativen Material
• Verwendung einer anderen Komponente mit anderer Verpackung
• Kapselung des Gehäuses für das Produkt
• Hinzufügen von Polsterung oder Isolierung zum Gehäuse (vermeiden Sie den Ofeneffekt!)

Einige der Komponenten, die am häufigsten Geräusche aufgrund von Magnetostriction zeigen, sind ungeschirmte toroidale Induktoren, die für Hochstrom-Schaltwandler vorgesehen sind, wie der unten abgebildete Induktor. Diese großen Induktoren werden oft in Hochstrom-Schaltreglern verwendet und sie können Geräusche in Frequenzen im hörbaren Bereich aufweisen; größere Induktoren haben Geräusche bei niedrigeren Frequenzen.

Ein anderer Typ von Komponente, bei dem Magnetostriction häufig beobachtet wird, sind Transformatoren. Dies umfasst planare Transformatoren, handgewickelte Transformatoren usw., die kompakte Profile haben und daher würde man erwarten, dass ihr Geräuschprofil bei niedrigeren Frequenzen vorhanden ist.

Planare Transformatoren, wie Würth Elektronik PN: 74941302, können Geräusche aufgrund von Magnetostriction aufweisen.

Der einfachste Weg, um Magnetostriction in Schaltnetzteilreglern zu reduzieren, besteht darin, die Treiberfrequenz des Schaltsignals, das im Design verwendet wird, zu ändern. Sie können versuchen, die Frequenz nach oben oder unten zu verschieben, vorausgesetzt, Sie haben einen frequenzprogrammierbaren Oszillator oder Gate-Treiber. Die andere Option ist die Verwendung einer völlig anderen Komponente mit unterschiedlicher Geometrie oder Verpackung, da dies den magnetischen Fluss um das Kernmaterial ändern wird, was auch das Schwingungsprofil der Komponente ändern wird.

Es liegt an Ihnen, eine Hörbarkeitsgrenze für ein Produkt zu entwickeln, sobald Sie das Vorhandensein von Geräuschen durch Magnetostriction festgestellt haben. Das Gleiche gilt für Produkte, die kleine Lüfter verwenden, da diese auch Geräusche von der Elektronik und vom Luftstrom erzeugen. Dies sind typischerweise eine Grenze für den Schallpegel (in dB) bei einer spezifischen Mittelfrequenz (z.B. 5 kHz).

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