تحليل مختصر لضوضاء المكثف وحلولها

1. مبدأ إنشاء الضوضاء

تُنشأ الضوضاء بواسطة اهتزاز الأجسام. دعنا نأخذ المكبر الصوتي كمثال لفهم مبدأ الاهتزاز.
لا يقوم المكبر الصوتي بتحويل الطاقة الكهربائية مباشرة إلى طاقة صوتية. بدلاً من ذلك، يستخدم تيار حامل (لفيفة الصوت أو اللفة) للتفاعل بين الأقراص المغناطيسية، مما يجعل اللفيفة تهتز وتُحرِّك الغشاء لتهتز: الطاقة الكهربائية - الطاقة الميكانيكية - الطاقة الصوتية.
المكبر الصوتي: عندما يتغير اتجاه التيار في كلا طرفي اللفة، فإنه يتفاعل مباشرة مع الحقل المغناطيسي للمغناطيس الدائم، مما يؤدي إلى اهتزاز اللفيفة الصوتية وتحريك الغشاء لتهتز. الطاقة الكهربائية - الطاقة الميكانيكية - الطاقة الصوتية.
يقوم المكبر الصوتي بإنتاج الصوت عن طريق تحويل الطاقة الميكانيكية الناتجة عن تغيير التيار في اللفة. هل يمكن صنع ملitz في شكل مكبر صوتي؟
إذا أُضيفت غشاء مهتز إلى لفافة المحول الكهربائي وتم إنشاء تجويف صوتي صغير، يصبح المحول مكبر صوت. في الواقع، حتى بدون إضافة غشاء مهتز وتجويف صوتي إلى لفافة المحول، إذا تم تطبيق تيار تشغيل كافٍ على طرفي المحول، فإنه يمكنه أيضًا إنتاج صوت. ومع ذلك، فإن كفاءة تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة صوتية منخفضة جدًا، والصوت ضعيف للغاية، والحجم منخفض، مما يجعل من الصعب سماعه!

2. هل سيقوم المحولات بإصدار ضوضاء أيضًا؟

إذا كنت تستطيع سماع صوت صفير (شريكي) ، فمن المؤكد أن هناك تيار تحويل يبلغ حوالي 20Hz - 20kHz (نطاق السمع البشري) عبر المحول. على سبيل المثال، في حالة صوت صفير المحول في محول DC - DC، نتيجة لتيار حمل زائد، يوجد دارة حماية قيد التشغيل داخل المحول DC. عندما يتجاوز الحمل القدرة التيارية للتبديل الداخلي (MOS) للوحدة المتكاملة IC، فإن دائرة اكتشاف الحد الأقصى للتيار ستقرر أن تيار الحمل مرتفع جدًا. بعد ذلك سيتم فوراً تعديل دورة عمل التبديلات الداخلية في DAC أو إيقاف عملية التبديل تمامًا. سيستأنف التبديل العمل بشكل طبيعي بعد اكتشاف أن تيار الحمل قد عاد إلى النطاق القياسي. دورة الزمن من إيقاف التبديل إلى إعادة تشغيله تكون بالضبط ضمن نطاق تردد بضع kHz، ويعود هذا التردد الدوري المتكرر إلى إصدار صوت الصفار.

حجم صوت الصافرة مرتبط إلى حد ما بجودة لف الملف الكهربائي. اللفات الأقل تشديداً ستصدر أصوات صفرة أعلى.

3. الشروط التي يصدر فيها الملف الكهربائي صوتاً

① تغيير في حجم التيار الذي يمر عبر الملف الكهربائي → مما يتسبب في تغيير في التدفق المغناطيسي.
② وجود موصل حول المحول الكهربائي، كافٍ لإحداث تأثير لينز → يشعر الموصل بمجال مغناطيسي للمحول ويولد مجالاً مغناطيسياً مقاوماً → غلاف الألمنيوم/المكثف في مصباح يوفر مثل هذه الظروف. كما نعلم، القطبين المغناطيسيين المتشابهين يدفعان بعضهما البعض بينما الجذب يحدث بين القطبَين المختلفين. عندما يعمل المحول/المتحول، فإنه يولد مجالاً مغناطيسياً قوياً داخلياً متغيراً. تخضع اللُبّات المغناطيسية واللفائف داخل هذا المجال للقوى المغناطيسية. إذا أدى هذه القوى إلى اهتزازات دورية، أو احتكاك، أو تشوه المادة، فإن الضوضاء تنتج. النظام الاهتزازي الناتج عن مصدر إثارة تردد عالي وبنية ميكانيكية معقدة قد يولد ضوضاء سمعية.

4. اهتزاز اللفة يسبب ضوضاء المحول

إذا كانت الفجوات بين الدورات من لفائف الحث كبيرًا ولم يكن الترتيب ضيقًا بما فيه الكفاية ، وإذا فشل الغراء في اختراق الفجوات الكلية وتثبيتها بالكامل ، فهو عرضة لتوليد ضوضاء. اتجاه التيار المتبادل يتغير باستمرار مع التردد. ونتيجة لذلك، يحدث الجاذبية والرفض المتبادلين بين دورات الملف. مع زيادة التردد، هذا الجذب - الرفض يتطور إلى اهتزاز. عندما تقع تردد الاهتزاز بين 20 هرتز و 20 كيلو هرتز (المدى الصوتي القابل للسمع من قبل الأذن البشرية) ، يتم إنتاج الضوضاء.

الحلول:
1 قانون لينز بين الملف والقلب المغناطيسي → تقوية تثبيت الملف لتقييد حركه. إغراق الملف أو زيادة قطر السلك
قانون لنتز بين النواة المغناطيسية → استخدام الغراء لتثبيت النواة وتقييد مساحة حركتها.

5.التشنج المغناطيسي (التشوه المغناطيسي) يسبب ضوضاء المحفز

تُستخدم المواد الأساسية المغناطيسية المستخدمة في المحولات بشكل عام مواد مغناطيسية ناعمة. تظهر المواد الخام المسحوقية للمواد المغناطيسية ظاهرة تشوه الشبكة المغناطيسية (المغناطيسية الانكماشية)، أي أن حجم المادة يتغير قليلاً عندما يتم تسخين المسحوق المغناطيسي داخل النواة. مع زيادة الجهد وارتفاع التردد، يصبح هذا التغيير أكثر شدة، مما يؤدي في النهاية إلى الاهتزاز. إذا كانت هناك فجوات بين الأجزاء المتصلة من النوى المغناطيسية، فمن المرجح حدوث اهتزاز صوتي، مما يؤدي إلى إصدار الضوضاء.

الحلول:
① عند التركيب، يجب تقليل الفجوة بين سطحي الالتصاق للنوى المغناطيسية قدر الإمكان. يجب أن تكون القوة الضاغطة موحدة بشكل مناسب لضمان الاتصال الوثيق بين النوى. بالإضافة إلى ذلك، فإن الفراغ الموجود في الفجوة الهوائية لعمود المركز هو الأكثر عرضة للرنّة. أفضل طريقة هي ملء الفراغ بالكامل بالغراء.
②استبدال المادة الأساسية المغناطيسية بمادة ذات كثافة تدفق مغناطيسي عالية وانقباض مغناطيسي منخفض: يمكن لتقليل التشوهات والاهتزازات بشكل فعال تقليل الضوضاء.
③استبدال المواد الأساسية بمواد تحتوي على مسحوق مغناطيسي ناعم. يمكن استخدام مسحوق الحديد ذي حجم جزيئات أصغر لتقليص المسافة بين الجزيئات وزيادة عدد الفجوات. هذا الإجراء يجعل تردد الاهتزاز الناتج عن الاحتكاك بين الجدران المغناطيسية يتجاوز نطاق السمع البشري العام البالغ 20kHz.
ملاحظة: عندما يتجاوز تردد الاهتزاز 20kHz، فإنه يصبح غير مسموع للإنسان.

6. الضوضاء الناتجة عن اهتزاز الدائرة

توجد سعة طفيلية في الدائرة. عندما يصل تردد مصدر الطاقة إلى أو قريب جداً من التردد الطبيعي LC للدائرة، يحدث اهتزاز. إذا صادف أن تردد الاهتزاز يقع ضمن النطاق الصوتي، فإن الضوضاء تُنتج.

الحلول:
① ضبط تردد الإخراج لشريحة إدارة الطاقة لتجنب نقطة التردد中共.
② ضبط قيمة الملف اللولبي لتجنب نقطة التردد中共. (على سبيل المثال، أخذ الحدود العلوية والسفلية لقيم القدرة، وهو ما يهدف إلى تغيير تردد中共).

7. الضوضاء الناتجة عن تأثير الهالة الكهربائية

تحدث تفريغات جزئية بسبب عزل غير كافٍ في المواد، وتظهر عادةً على شكل عيوب في عزل الأسلاك المطلية مثل التلف، الخدوش أو الثقوب بين الدورات. تحت ظروف الجهد العالي معينة، يؤدي هذا إلى إطلاق الشحنات الكهربائية إلى البيئة المحيطة، مما يثير中共 في التجاويف المجاورة.

الحلول:
معالجة نقع الملف: تحسين أداء العزل للملف من خلال عملية النقع.
استبدال بسلك مغلف بجودة أعلى: استخدم سلكًا مغلفًا يتمتع بخصائص عزل أفضل.

8. تشغيل المُحَوِّل فوق الحمولة

إذا كان التيار الفعلي الكبير جدًا، يصل أو يتجاوز 1/3 من التيار المسموح به، فقد يتسبب في ظهور ضوضاء من المُحَوِّل.

الحلول:
① تقليل النفاذية المغناطيسية الفعالة للنواة وزيادة عدد لفات线圈.
② زيادة المساحة العرضية الفعالة لنافذة النواة.

9. الضوضاء الناتجة عن الطحن غير المتساوي للمغناطيس

خلال عملية الإنتاج، تتطلب نوى المغناطيس للفات التيار العالي عادةً طحنًا لإنشاء فجوات هوائية. إذا لم يكن طحن الفجوة الهوائية ناعمًا (خاصة فجوة العمود المركزي)، فإن اتجاه التدفق المغناطيسي القريب سيتعرض للتشوه، مما يؤدي إلى ازدحام في التدفق المغناطيسي، وهو ما قد يؤدي إلى إصدار ضوضاء.

الحل:
قم بطحن الفجوة الهوائية لنواة المغناطيس بشكل ناعم.

10. تلف مادة نواة المغناطيس

إذا كانت نواة المغناطيس الجاهزة متصدعة أو العمود المركزي مكسورًا، عند تحميض المسحوق المغناطيسي داخل النواة، يتم إصدار ضوضاء بسبب ظاهرة الانكماش المغناطيسي (التشوه المغناطيسي: كما تم شرحه سابقًا).

الحلول:
اختر مواد نواة مغناطيسية ذات قوة عالية للإنتاج.
استخدم لصقًا ذو معامل تمدد منخفض ومرونة لملء الفراغات.

11. تصميم المسارات على اللوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والانبعاثات الحقل المغناطيسي القريبة

تصميم غير منطقي لمسارات PCB، مثل تكوين المسارات حلقة مغلقة، يمكن أن يسبب انبعاث EMI القوي الذي يتدخل مع المحولات. وقد يؤدي التصميم غير المناسب للمسارات أيضًا إلى حدوث انسجام في الدائرة، وكلاهما يولّد الضوضاء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأنبعاث الحقل المغناطيسي من المكونات القريبة أن يتسبب في إصدار الضوضاء من المحولات.

الحلول:
① تواصل مع العملاء لضبط تصميم الدائرة.
② أعد ترتيب المحول لتجنب مصادر التداخل والإشعاع.
الخلاصة: يحلل النص أعلاه بشكل مختصر القضايا الشائعة المتعلقة بضوضاء المحولات. كما نعلم، الصوت ينتج عن الاهتزاز—وتعتمد ضوضاء المحولات على نفس المبدأ. لمعالجة مثل هذه المشاكل، يجب علينا تحديد مصدر الاهتزاز ثم اتخاذ إجراءات وقائية علمية ومنطقية.