Come Ridurre il Rumore Dalla Magnetostrizione nei Componenti Magnetici

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I componenti magnetici possono mostrare una proprietà irritante quando vengono alimentati con un segnale AC. Un effetto nei materiali magnetici, noto come magnetostrizione, porta a vibrazioni nei materiali magnetici che possono essere udite come suono udibile. Questo può essere un ronzio minore, appena udibile, o un forte clic come quello che si potrebbe sentire in alcuni regolatori di commutazione.

Anche se potresti voler provare ad eliminare completamente la magnetostrizione e il suo rumore, ti troverai sfortunato poiché la magnetostrizione è una proprietà intrinseca dei materiali magnetici. Tuttavia, ci sono cose che puoi fare nel tuo prodotto per ridurre il rumore dai componenti magnetici.

La Magnetostrizione Causa Rumore nei Materiali Magnetici

La causa del rumore dai materiali e componenti magnetici è un fenomeno noto come magnetostrizione. Quando il materiale magnetico in un componente viene magnetizzato da un segnale AC in arrivo, la magnetizzazione indotta nel materiale causa l'espansione del materiale. Durante ogni ciclo del segnale AC in ingresso, il materiale si espande e si contrae ripetutamente, il che porta a vibrazione nell'aria intorno al componente. Questa vibrazione può essere udita come un rumore udibile.

Se il componente è alimentato con un segnale di commutazione (PWM), allora l'alternanza della magnetizzazione nel nucleo e la vibrazione risultante ecciteranno un gruppo di risonanze nel materiale del nucleo magnetico del componente. Questo può creare rumori udibili di ronzio o clic.

Il rumore risultante può dipendere da diversi fattori:

• Frequenza del segnale di pilotaggio
• Ciclo di lavoro del segnale di pilotaggio
• Se il nucleo è entrato in saturazione o flusso errante
• Ampiezza del segnale di pilotaggio
• Tipo di materiale del nucleo
• Dimensioni e dimensioni del nucleo

Sfortunatamente, non ci sono buoni modelli (che io sappia) per prevedere le caratteristiche del rumore dovute alla magnetostrizione. In alcuni casi, il rumore può essere udito senza apparecchi acustici, ma un piccolo cambiamento in un parametro lo fa scomparire.

Come Ridurre il Rumore della Magnetostrizione

Il rumore dalla magnetostrizione potrebbe essere benigno o appena percettibile, nel qual caso potrebbe non essere dannoso per l'esperienza utente del tuo prodotto. A volte, la magnetostrizione può essere estrema e potrebbe violare la specifica del limite di suono udibile per il tuo prodotto. In entrambi i casi, non potrai mai eliminare il rumore della magnetostrizione, ma potresti essere in grado di ridurlo fino a renderlo inudibile.

Alcune idee per ridurre la magnetostrizione includono:

• Cambiare il packaging dei magnetici (induttore)
• Cambiare la frequenza o l'ampiezza del segnale di pilotaggio
• Usare magnetici con un materiale alternativo
• Usare un componente diverso con un packaging diverso
• Incapsulare la custodia per il prodotto
• Aggiungere imbottitura o isolamento alla custodia (evitare l'effetto forno!)

Alcuni dei componenti che più comunemente mostrano rumore a causa della magnetostrizione sono gli induttori toroidali non schermati destinati a convertitori di commutazione ad alta corrente, come l'induttore qui sotto. Questi grandi induttori sono spesso utilizzati in regolatori di commutazione ad alta corrente e possono mostrare rumore a frequenze nell'intervallo udibile; gli induttori più grandi avranno rumore a frequenze più basse.

L'altro tipo di componente dove la magnetostrizione è comunemente osservata è nei trasformatori. Questo include trasformatori planari, trasformatori avvolti a mano, ecc., che hanno profili compatti e quindi ci si aspetterebbe che il loro profilo di rumore sia presente a frequenze più basse.

I trasformatori planari, come Würth Elektronik PN: 74941302, possono mostrare rumore a causa della magnetostrizione.

Il modo più semplice per ridurre la magnetostrizione nei regolatori di potenza di commutazione è cambiare la frequenza di guida del segnale di commutazione utilizzato nel progetto. Si può provare a spostare la frequenza verso l'alto o verso il basso assumendo di avere un oscillatore programmabile in frequenza o un driver di gate. L'altra opzione è utilizzare un componente completamente diverso con geometria o confezionamento differenti poiché ciò cambierà il flusso magnetico intorno al materiale del nucleo, il che cambierà anche il profilo vibratorio del componente.

Spetta a te sviluppare un limite di suono udibile per un prodotto una volta determinata la presenza di rumore dalla magnetostrizione. Lo stesso si può dire per i prodotti che utilizzano piccole ventole, poiché queste creano anche rumore dall'elettronica e dal flusso d'aria. Questi sono tipicamente un limite sul livello sonoro (in dB) a una specifica frequenza media (ad es., 5 kHz).

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