Как уменьшить шум от магнитострикции в магнитных компонентах

Магнитные компоненты могут проявлять раздражающее свойство при возбуждении переменным током. Эффект в магнитных материалах, известный как магнитострикция, приводит к вибрациям в магнитных материалах, которые могут быть услышаны как слышимый звук. Это может быть незначительное, едва слышное гудение или громкий щелчок, какой вы можете услышать в некоторых импульсных регуляторах.

Хотя вы можете попытаться полностью устранить магнитострикцию и ее шум, вы обнаружите, что это невозможно, поскольку магнитострикция является неотъемлемым свойством магнитных материалов. Тем не менее, есть вещи, которые вы можете сделать в вашем продукте, чтобы уменьшить шум от магнитных компонентов.

Магнитострикция вызывает шум в магнитных материалах

Причиной шума от магнитных материалов и компонентов является явление, известное как магнитострикция. Когда магнитный материал в компоненте намагничивается входящим переменным сигналом, индуцированная намагниченность в материале заставляет материал расширяться. Во время каждого цикла входящего переменного сигнала материал повторно расширяется и сжимается, что приводит к вибрации в воздухе вокруг компонента. Эта вибрация может быть услышана как слышимый шум.

Если компонент возбуждается сигналом с широтно-импульсной модуляцией (PWM), то чередующаяся намагниченность в сердечнике и результирующая вибрация будут возбуждать группу резонансов в магнитном материале сердечника компонента. Это может создать слышимые гудение или щелчки.

Результирующий шум может зависеть от нескольких факторов:

• Частота управляющего сигнала
• Скважность управляющего сигнала
• Входит ли сердечник в насыщение или блуждание потока
• Амплитуда управляющего сигнала
• Тип материала сердечника
• Размер и размеры сердечника

К сожалению, нет хороших моделей (насколько мне известно) для прогнозирования характеристик шума из-за магнитострикции. В некоторых случаях шум может быть слышен без слуховых аппаратов, но незначительное изменение одного параметра заставляет его исчезнуть.

Как уменьшить шум от магнитострикции

Шум от магнитострикции может быть безобидным или едва заметным, в этом случае он может не нанести вреда пользовательскому опыту вашего продукта. Иногда магнитострикция может быть экстремальной и может нарушить спецификацию предела слышимого звука для вашего продукта. В любом случае, вы никогда не сможете полностью устранить шум от магнитострикции, но вы, возможно, сможете уменьшить его до неслышимого уровня.

Некоторые идеи для уменьшения магнитострикции включают в себя:

• Изменение упаковки магнитных компонентов (индукторов)
• Изменение частоты или амплитуды управляющего сигнала
• Использование магнитных материалов альтернативного типа
• Использование другого компонента с другой упаковкой
• Заключение продукта в защитный корпус
• Добавление уплотнения или изоляции к корпусу (избегайте эффекта печи!)

Некоторые из компонентов, наиболее часто демонстрирующих шум из-за магнитострикции, - это незащищенные тороидальные индукторы, предназначенные для высокотоковых коммутируемых преобразователей, например, индуктор ниже. Эти большие индукторы часто используются в высокотоковых коммутируемых регуляторах и могут издавать шум на частотах в слышимом диапазоне; у больших индукторов шум будет на более низких частотах.

Другой тип компонента, где магнитострикция часто наблюдается, - это трансформаторы. Это включает в себя планарные трансформаторы, ручные трансформаторы и т. д., которые имеют компактные профили, и, следовательно, можно ожидать, что их шумовой профиль будет присутствовать на более низких частотах.

Планарные трансформаторы, такие как Würth Elektronik PN: 74941302, могут издавать шум из-за магнитострикции.

Самый простой способ уменьшить магнитострикцию в коммутируемых источниках питания - изменить частоту управляющего сигнала коммутации, используемого в конструкции. Вы можете попытаться изменить частоту вверх или вниз, предполагая, что у вас есть программируемый по частоте генератор или драйвер вентиля. Другой вариант - использовать совершенно другой компонент с другой геометрией или упаковкой, поскольку это изменит магнитный поток вокруг сердечника, что также изменит вибрационный профиль компонента.

Вам предстоит разработать предел слышимого звука для продукта, как только вы определите наличие шума от магнитострикции. То же можно сказать о продуктах, использующих маленькие вентиляторы, поскольку они также создают шум от электроники и от потока воздуха. Обычно это ограничение уровня звука (в дБ) на определенной средней частоте (например, 5 кГц).

Независимо от того, нужно ли вам строить силовую электронику или передовые цифровые системы для коммерческих продуктов, используйте полный набор функций проектирования печатных плат и мирового класса инструменты CAD в Altium Designer®. Для реализации сотрудничества в современной междисциплинарной среде инновационные компании используют платформу Altium 365™ для легкого обмена данными о проектировании и запуска проектов в производство.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните ваш бесплатный пробный период Altium Designer + Altium 365 сегодня.