マグネトストリクションによるノイズを磁気部品でどのように減らすか

交流信号で駆動されたとき、磁性部品はイライラする特性を示すことがあります。磁性材料における磁歪として知られる効果は、聴覚に聞こえる音として磁性材料の振動を引き起こします。これは、ほとんど聞こえない小さなハム音から、一部のスイッチングレギュレータで聞こえるような大きなクリック音まで様々です。

磁歪とその騒音を完全に排除しようと思うかもしれませんが、磁歪は磁性材料の固有の特性であるため、運が悪いと感じるかもしれません。それでも、磁性部品からの騒音を減らすために製品でできることがあります。

磁歪が磁性部品の騒音の原因

磁性材料および部品からの騒音の原因は、磁歪として知られる現象です。部品の磁性材料が入力AC信号によって磁化されると、材料内の誘導磁化が材料を膨張させます。入力AC信号の各サイクル中に、材料は繰り返し膨張および収縮し、これが部品の周囲の空気の振動を引き起こします。この振動は聴覚に聞こえる騒音として認識されます。

部品がスイッチング（PWM）信号で駆動される場合、コア内の交互磁化とその結果の振動は、部品の磁性コア材料の一群の共振を励起します。これにより、聴覚に聞こえるブザー音やクリック音が発生することがあります。

結果として生じる騒音は、いくつかの要因に依存します：

• 駆動信号の周波数
• 駆動信号のデューティサイクル
• コアが飽和またはフラックスウォーキングに入ったかどうか
• 駆動信号の振幅
• コア材料の種類
• コアのサイズと寸法

残念ながら、磁歪による騒音特性を予測するための良いモデルは（私が知る限りでは）ありません。場合によっては、補聴器なしで騒音が聞こえることがありますが、1つのパラメーターをわずかに変更すると消えることがあります。

磁歪の騒音を減らす方法

磁歪からの騒音は無害であったり、ほとんど気付かない程度である場合があり、その場合、製品のユーザーエクスペリエンスに悪影響を及ぼすことはありません。時には、磁歪が極端であり、製品の聴覚音限界仕様を違反することがあります。いずれの場合も、磁歪の騒音を完全に排除することはできませんが、聞こえない程度に減らすことはできるかもしれません。

磁歪を減らすためのいくつかのアイデア：

• 磁性（インダクタ）パッケージングの変更
• 駆動信号の周波数または振幅の変更
• 代替材料を使用した磁性部品の使用
• 異なるパッケージングを持つ別の部品の使用
• 製品のエンクロージャーをカプセル化する
• エンクロージャーにパッディングや断熱材を追加する（オーブン効果に注意！）

マグネトストリクションによるノイズを最も一般的に示すコンポーネントの一部は、以下のインダクタのような、高電流スイッチングコンバーター用の非シールドトロイダルインダクタです。これらの大型インダクタは、高電流スイッチングレギュレーターでよく使用され、聴覚範囲の周波数でノイズを発生させることがあります。大きなインダクタは、低い周波数でノイズが発生します。

マグネトストリクションが一般的に観察されるもう一つのコンポーネントタイプは、トランスフォーマーです。これには、プレーナートランスフォーマー、手巻きトランスフォーマーなど、コンパクトなプロファイルを持つものが含まれ、そのため、ノイズプロファイルが低い周波数で存在すると予想されます。

プレーナートランスフォーマー、例えばWürth Elektronik PN: 74941302は、マグネトストリクションによるノイズを示すことがあります。

スイッチング電源レギュレーターでマグネトストリクションを減らす最も簡単な方法は、設計で使用されているスイッチング信号の駆動周波数を変更することです。周波数プログラマブルオシレーターやゲートドライバーを持っている場合は、周波数を上げたり下げたりしてみることができます。もう一つの選択肢は、異なるジオメトリやパッケージングを持つ全く異なるコンポーネントを使用することで、これによりコア材料の周りの磁束が変わり、コンポーネントの振動プロファイルも変わります。

マグネトストリクションからのノイズの存在を確認したら、製品に対する聴覚的な音量制限を開発するのはあなた次第です。小型ファンを使用する製品も同様で、これらは電子機器と空気の流れの両方からノイズを発生させます。これらは通常、特定の中間範囲の周波数（例えば、5 kHz）での音量レベル（dB単位）に関する制限です。

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