Jak zmniejszyć szum pochodzący z magnetostrykcji w komponentach magnetycznych

Komponenty magnetyczne mogą wykazywać irytującą właściwość, gdy są zasilane sygnałem AC. Efekt w materiałach magnetycznych, znany jako magnetostrykcja, prowadzi do wibracji w materiałach magnetycznych, które mogą być słyszalne jako dźwięk. Może to być niewielki, ledwo słyszalny szum, lub głośne klikanie, takie jakie można usłyszeć w niektórych regulatorach przełączających.

Chociaż chciałbyś spróbować całkowicie wyeliminować magnetostrykcję i jej hałas, okaże się to niemożliwe, ponieważ magnetostrykcja jest właściwością wrodzoną materiałów magnetycznych. Mimo to, istnieją sposoby, aby w twoim produkcie zmniejszyć hałas pochodzący od komponentów magnetycznych.

Magnetostrykcja Powoduje Hałas w Elementach Magnetycznych

Przyczyną hałasu pochodzącego z materiałów i komponentów magnetycznych jest zjawisko znane jako magnetostrykcja. Gdy materiał magnetyczny w komponencie jest namagnesowany przez przychodzący sygnał AC, indukowana magnetyzacja w materiale powoduje jego rozszerzenie. Podczas każdego cyklu sygnału wejściowego AC, materiał rozszerza się i kurczy wielokrotnie, co prowadzi do wibracji w powietrzu wokół komponentu. Te wibracje mogą być słyszane jako dźwięk.

Jeśli komponent jest zasilany sygnałem przełączającym (PWM), to naprzemienne namagnesowanie rdzenia i wynikające z tego wibracje będą pobudzać grupę rezonansów w materiał rdzenia magnetycznego komponentu. Może to stworzyć słyszalne bzyczenie lub klikanie.

Wynikający hałas może zależeć od kilku czynników:

• Częstotliwość sygnału sterującego
• Cykl pracy sygnału sterującego
• Czy rdzeń osiągnął nasycenie lub chodzenie strumienia
• Amplituda sygnału sterującego
• Typ materiału rdzenia
• Rozmiar i wymiary rdzenia

Niestety, nie znam żadnych dobrych modeli (które znam) do przewidywania charakterystyk hałasu spowodowanego przez magnetostrykcję. W niektórych przypadkach hałas może być słyszalny bez aparatów słuchowych, ale niewielka zmiana jednego parametru powoduje, że znika.

Jak Zmniejszyć Hałas Magnetostrykcji

Hałas z magnetostrykcji może być łagodny lub ledwo zauważalny, w takim przypadku może nie być szkodliwy dla doświadczenia użytkownika twojego produktu. Czasami magnetostrykcja może być ekstremalna i może naruszać specyfikację limitu dźwięku słyszalnego dla twojego produktu. W każdym przypadku, nigdy nie możesz całkowicie wyeliminować hałasu magnetostrykcji, ale być może będziesz w stanie zmniejszyć go do poziomu niesłyszalnego.

Kilka pomysłów na zmniejszenie magnetostrykcji obejmuje:

• Zmiana opakowania magnetyków (cewki)
• Zmiana częstotliwości lub amplitudy sygnału sterującego
• Użycie magnetyków z alternatywnego materiału
• Użycie innego komponentu z innym opakowaniem
• Zakapsułkowanie obudowy produktu
• Dodanie wyściółki lub izolacji do obudowy (unikaj efektu piekarnika!)

Komponenty, które najczęściej wykazują hałas spowodowany magnetostrykcją, to nieekranowane induktory toroidalne przeznaczone do przetwornic przełączających o wysokim prądzie, takie jak poniższy induktor. Te duże induktory są często używane w regulatorach przełączających o wysokim prądzie i mogą wykazywać hałas na częstotliwościach w zakresie słyszalnym; większe induktory będą miały hałas na niższych częstotliwościach.

Inny typ komponentu, gdzie często obserwuje się magnetostrykcję, to transformatory. Obejmuje to transformatory płaskie, transformatory nawijane ręcznie, itp., które mają kompaktowe profile i dlatego można oczekiwać, że ich profil hałasu będzie obecny na niższych częstotliwościach.

Transformatory płaskie, takie jak Würth Elektronik PN: 74941302, mogą wykazywać hałas spowodowany magnetostrykcją.

Najłatwiejszym sposobem na zmniejszenie magnetostrykcji w regulatorach mocy przełączających jest zmiana częstotliwości sygnału przełączającego używanego w projekcie. Możesz spróbować przesunąć częstotliwość w górę lub w dół, zakładając, że masz programowalny oscylator częstotliwości lub sterownik bramki. Inną opcją jest użycie zupełnie innego komponentu o innej geometrii lub opakowaniu, ponieważ zmieni to strumień magnetyczny wokół materiału rdzenia, co również zmieni profil wibracyjny komponentu.

To do Ciebie należy opracowanie limitu dźwięku słyszalnego dla produktu, gdy tylko stwierdzisz obecność hałasu z magnetostrykcji. To samo można powiedzieć o produktach wykorzystujących małe wentylatory, ponieważ te również tworzą hałas z elektroniki i przepływu powietrza. Zazwyczaj jest to limit poziomu dźwięku (w dB) przy określonej średniej częstotliwości (np. 5 kHz).

Niezależnie od tego, czy potrzebujesz budować elektronikę mocy czy zaawansowane systemy cyfrowe dla produktów komercyjnych, użyj kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD w Altium Designer®. Aby w dzisiejszym środowisku interdyscyplinarnym wdrożyć współpracę, innowacyjne firmy korzystają z platformy Altium 365™, aby łatwo udostępniać dane projektowe i wprowadzać projekty do produkcji.

Przedstawiliśmy tylko niewielką część możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.