Como Reduzir o Ruído da Magnetostricção em Componentes Magnéticos

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Componentes magnéticos podem exibir uma propriedade irritante quando acionados com um sinal AC. Um efeito em materiais magnéticos, conhecido como magnetostricção, leva a vibrações nos materiais magnéticos que podem ser ouvidas como som audível. Isso pode ser um zumbido menor, quase inaudível, ou um som de clique alto, como você pode ouvir em alguns reguladores de comutação.

Embora você possa querer tentar eliminar a magnetostricção e seu ruído completamente, você se encontrará sem sorte, pois a magnetostricção é uma propriedade inerente dos materiais magnéticos. Ainda assim, há coisas que você pode fazer em seu produto para reduzir o ruído de componentes magnéticos.

Magnetostricção Causa Ruído em Magnéticos

A causa do ruído de materiais e componentes magnéticos é um fenômeno conhecido como magnetostricção. Quando o material magnético em um componente é magnetizado por um sinal AC de entrada, a magnetização induzida no material faz com que o material se expanda. Durante cada ciclo do sinal AC de entrada, o material se expande e contrai repetidamente, o que leva à vibração no ar ao redor do componente. Esta vibração pode ser ouvida como um ruído audível.

Se o componente for acionado com um sinal de comutação (PWM), então a magnetização alternada no núcleo e a vibração resultante excitarão um grupo de ressonâncias no material do núcleo magnético do componente. Isso pode criar ruídos audíveis de zumbido ou clique.

O ruído resultante pode depender de vários fatores:

• Frequência do sinal de acionamento
• Ciclo de trabalho do sinal de acionamento
• Se o núcleo entrou em saturação ou fluxo errante
• Amplitude do sinal de acionamento
• Tipo de material do núcleo
• Tamanho e dimensões do núcleo

Infelizmente, não existem bons modelos (que eu conheça) para prever as características de ruído devido à magnetostricção. Em alguns casos, o ruído pode ser ouvido sem aparelhos auditivos, mas uma pequena mudança em um parâmetro faz com que ele desapareça.

Como Reduzir o Ruído da Magnetostricção

O ruído da magnetostricção pode ser benigno ou quase imperceptível, caso em que pode não ser prejudicial à experiência do usuário do seu produto. Às vezes, a magnetostricção pode ser extrema e pode violar a especificação de limite de som audível para o seu produto. Em qualquer caso, você nunca pode eliminar o ruído da magnetostricção, mas talvez possa reduzi-lo a ponto de se tornar inaudível.

Algumas ideias para reduzir a magnetostricção incluem:

• Mudar a embalagem dos magnéticos (indutor)
• Mudar a frequência ou amplitude do sinal de acionamento
• Usar magnéticos com um material alternativo
• Usar um componente diferente com embalagem diferente
• Encapsular a caixa do produto
• Adicionar amortecimento ou isolamento à caixa (evite o efeito forno!)

Alguns dos componentes que mais comumente exibem ruído devido à magnetostricção são indutores toroidais não blindados destinados a conversores de comutação de alta corrente, como o indutor abaixo. Esses grandes indutores são frequentemente usados em reguladores de comutação de alta corrente e podem exibir ruído em frequências na faixa audível; indutores maiores terão ruído em frequências mais baixas.

O outro tipo de componente onde a magnetostricção é comumente observada é em transformadores. Isso inclui transformadores planares, transformadores enrolados à mão, etc., que têm perfis compactos e, portanto, espera-se que seu perfil de ruído esteja presente em frequências mais baixas.

Transformadores planares, como Würth Elektronik PN: 74941302, podem exibir ruído devido à magnetostricção.

A maneira mais fácil de reduzir a magnetostricção em reguladores de potência de comutação é alterar a frequência de condução do sinal de comutação usado no projeto. Você pode tentar mover a frequência para cima ou para baixo, assumindo que você tenha um oscilador programável em frequência ou um driver de porta. A outra opção é usar um componente totalmente diferente com geometria ou embalagem diferente, pois isso mudará o fluxo magnético ao redor do material do núcleo, o que também mudará o perfil vibracional do componente.

Cabe a você desenvolver um limite de som audível para um produto, uma vez que você determine a presença de ruído de magnetostricção. O mesmo pode ser dito para produtos que usam pequenos ventiladores, pois estes também criam ruído dos eletrônicos e do fluxo de ar. Estes são tipicamente um limite no nível de som (em dB) em uma frequência média específica (por exemplo, 5 kHz).

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