Cómo reducir el ruido de la magnetostricción en componentes magnéticos

Los componentes magnéticos pueden exhibir una propiedad irritante cuando se les aplica una señal de CA. Un efecto en los materiales magnéticos, conocido como magnetostricción, conduce a vibraciones en los materiales magnéticos que pueden ser escuchadas como sonido audible. Esto puede ser un zumbido menor, apenas audible, o un sonido de clics fuerte, como el que podrías escuchar en algunos reguladores de conmutación.

Aunque te gustaría intentar eliminar por completo la magnetostricción y su ruido, te encontrarás sin suerte ya que la magnetostricción es una propiedad inherente de los materiales magnéticos. Aún así, hay cosas que puedes hacer en tu producto para reducir el ruido de los componentes magnéticos.

La Magnetostricción Causa Ruido en los Magnéticos

La causa del ruido de los materiales y componentes magnéticos es un fenómeno conocido como magnetostricción. Cuando el material magnético en un componente es magnetizado por una señal de CA entrante, la magnetización inducida en el material hace que el material se expanda. Durante cada ciclo de la señal de CA de entrada, el material se expande y contrae repetidamente, lo que lleva a vibración en el aire alrededor del componente. Esta vibración puede ser escuchada como un ruido audible.

Si el componente es impulsado con una señal de conmutación (PWM), entonces la magnetización alternante en el núcleo y la vibración resultante excitarán un grupo de resonancias en el material del núcleo magnético del componente. Esto puede crear ruidos audibles de zumbidos o clics.

El ruido resultante puede depender de varios factores:

• Frecuencia de la señal de conducción
• Ciclo de trabajo de la señal de conducción
• Si el núcleo ha entrado en saturación o caminata de flujo
• Amplitud de la señal de conducción
• Tipo de material del núcleo
• Tamaño y dimensiones del núcleo

Desafortunadamente, no hay buenos modelos (que yo sepa) para predecir las características del ruido debido a la magnetostricción. En algunos casos, el ruido puede ser escuchado sin audífonos, pero un cambio menor en un parámetro hace que desaparezca.

Cómo Reducir el Ruido de la Magnetostricción

El ruido de la magnetostricción podría ser benigno o apenas perceptible, en cuyo caso puede no ser perjudicial para la experiencia del usuario de tu producto. A veces, la magnetostricción puede ser extrema y podría violar la especificación de límite de sonido audible para tu producto. En cualquier caso, nunca puedes eliminar el ruido de la magnetostricción, pero podrías ser capaz de reducirlo hasta donde sea inaudible.

Algunas ideas para reducir la magnetostricción incluyen:

• Cambiar el empaquetado de los magnéticos (inductor)
• Cambiar la frecuencia o amplitud de la señal de conducción
• Usar magnéticos con un material alternativo
• Usar un componente diferente con un empaquetado diferente
• Encapsular el recinto para el producto
• Agregar acolchado o aislamiento al recinto (¡evita el efecto horno!)

Algunos de los componentes que más comúnmente exhiben ruido debido a la magnetostricción son los inductores toroidales no blindados destinados a convertidores de conmutación de alta corriente, como el inductor a continuación. Estos grandes inductores se utilizan a menudo en reguladores de conmutación de alta corriente y pueden exhibir ruido en frecuencias en el rango audible; los inductores más grandes tendrán ruido a frecuencias más bajas.

El otro tipo de componente donde comúnmente se observa la magnetostricción está en los transformadores. Esto incluye transformadores planares, transformadores enrollados a mano, etc., que tienen perfiles compactos y, por lo tanto, se esperaría que su perfil de ruido esté presente a frecuencias más bajas.

Transformadores planares, como Würth Elektronik PN: 74941302, pueden exhibir ruido debido a la magnetostricción.

La forma más fácil de reducir la magnetostricción en reguladores de potencia de conmutación es cambiar la frecuencia de conducción de la señal de conmutación que se utiliza en el diseño. Puedes intentar mover la frecuencia hacia arriba o hacia abajo asumiendo que tienes un oscilador programable en frecuencia o un controlador de puerta. La otra opción es usar un componente totalmente diferente con una geometría o empaque diferente, ya que esto cambiará el flujo magnético alrededor del material del núcleo, lo que también cambiará el perfil vibracional del componente.

Depende de ti desarrollar un límite de sonido audible para un producto una vez que determines la presencia de ruido de magnetostricción. Lo mismo se puede decir de los productos que usan ventiladores pequeños, ya que estos también crean ruido de la electrónica y del flujo de aire. Estos son típicamente un límite en el nivel de sonido (en dB) a una frecuencia media específica (por ejemplo, 5 kHz).

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