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1. El principio de generación de ruido
El ruido se genera por la vibración de los objetos. Tomemos como ejemplo un altavoz para entender el principio de la vibración.
Un altavoz no convierte directamente la energía eléctrica en energía sonora. En su lugar, utiliza una corriente portadora (bobina de voz o bobina) para interactuar entre imanes, haciendo que la bobina de voz vibre y impulse la membrana a vibrar: energía eléctrica - energía mecánica - energía sonora.
Un altavoz: Cuando cambia la dirección de la corriente en ambos extremos de la bobina, esta interactúa directamente con el campo magnético de un imán permanente, lo que provoca que la bobina de voz vibre e impulse la membrana a vibrar. Energía eléctrica - energía mecánica - energía sonora.
Un altavoz produce sonido al convertir la energía mecánica generada cuando cambia la corriente en la bobina. ¿Se puede hacer un inductor en un altavoz?
Si se añade una membrana vibrante al devanado del inductor y se crea una pequeña cavidad acústica, el inductor se convierte en un altavoz. De hecho, incluso sin añadir una membrana vibrante ni una cavidad acústica al devanado del inductor, si se aplica una corriente suficientemente grande a los terminales del inductor, también puede producir sonido. Sin embargo, la eficiencia de conversión de energía mecánica en energía sonora es muy baja, el sonido es muy débil y el volumen es bajo, lo que hace que sea difícil de escuchar.
¿Producirán también los inductores ruido?
Si puedes escuchar un silbido (chirrido), es seguro que hay una corriente de conmutación de aproximadamente 20Hz - 20kHz (el rango del oído humano) a través del inductor. Por ejemplo, en el caso de silbido del inductor en un convertidor DC - DC, debido a una corriente de carga excesiva, existe un circuito de protección de limitación de corriente dentro del convertidor DC. Cuando la carga supera la capacidad de corriente del interruptor interno (MOS) del IC, el circuito de detección de limitación de corriente determinará que la corriente de carga es demasiado alta. Entonces ajustará inmediatamente el ciclo de trabajo de los interruptores internos en el DAC o detendrá por completo la operación de conmutación. La conmutación solo reanudará la operación normal después de que se detecte que la corriente de carga está dentro del rango estándar. El ciclo de tiempo desde la parada del interruptor hasta su reinicio está exactamente en el rango de frecuencia de unos pocos kHz, y es esta frecuencia de conmutación periódica la que genera el ruido de silbido.
La magnitud del ruido silbante está algo relacionada con la calidad del enrollado del inductor. Enrollados más sueltos generarán sonidos silbantes más fuertes.
3.Condiciones para que un inductor emita sonido
① Un cambio en la magnitud de la corriente que pasa a través del inductor → Esto provoca un cambio en el flujo magnético.
② La presencia de un conductor alrededor del inductor, suficiente para inducir el efecto de Lenz → El conductor detecta el flujo magnético del inductor y genera un campo magnético repulsivo → La carcasa de aluminio/capacitor de una lámpara proporciona dicha condición. Como sabemos, los polos iguales de los imanes se repelen entre sí mientras que los polos opuestos se atraen. Cuando un inductor/transformador funciona, genera un fuerte campo magnético alterno internamente. El núcleo magnético y las bobinas dentro de este campo están sujetas a fuerzas magnéticas. Si estas fuerzas causan vibraciones periódicas, fricción o deformación del material, se produce ruido. El sistema de vibración formado por una fuente de excitación de alta frecuencia y una estructura mecánica compleja puede generar ruido audible.
4.La vibración de la bobina causa ruido en el inductor
Si los espacios entre los giros de la bobina del inductor son grandes y la disposición no es lo suficientemente apretada, y si el pegamento no penetra completamente y no asegura los espacios entre las bobinas, es propenso a generar ruido. La dirección de la corriente alterna cambia continuamente con la frecuencia. Como resultado, la atracción y la repulsión mutua ocurren entre los giros de la bobina. A medida que la frecuencia aumenta, esta atracción y repulsión se convierte en vibración. Cuando la frecuencia de vibración cae entre 20 Hz y 20 kHz (el rango de audio audible para los oídos humanos), se produce ruido.
Soluciones:
1 Ley de Lenz entre la bobina y el núcleo magnético → Refuerce la fijación de la bobina para restringir su movimiento. Impregnar la bobina o aumentar el diámetro del cable.
2Ley de Lenz entre núcleos magnéticos → Utilice pegamento para asegurar los núcleos y limitar su espacio móvil.
5.La magnetostricción (distorsión magnética) produce ruido del inductor
Los materiales de núcleo magnético utilizados en los inductores suelen ser materiales magnéticos blandos. Los materiales en polvo de los materiales magnéticos presentan un fenómeno de distorsión de la red magnética (magnetorrestricción), es decir, cuando el polvo magnético dentro del núcleo se magnetiza, el volumen del material experimenta pequeños cambios. A medida que aumenta el voltaje y la frecuencia sube, este cambio se vuelve más intenso, desarrollándose finalmente en vibración. Si existen espacios entre las partes combinadas de los núcleos magnéticos, es probable que ocurra resonancia, generando ruido.
Soluciones:
① Al ensamblar, minimice el espacio entre las superficies de unión de los núcleos magnéticos. La fuerza de sujeción debe ser uniforme para asegurar un buen contacto entre los núcleos. Además, el espacio de la brecha en la columna central del núcleo es el lugar más propenso a la resonancia. La mejor solución es rellenarlo completamente con pegamento.
②Reemplace con un material de núcleo magnético con alta densidad de flujo magnético y baja magnetoestrictiva: una distorsión y vibración más pequeñas pueden reducir efectivamente el ruido.
③Reemplace con materiales de núcleo hechos de polvo magnético más fino. Podemos usar polvo de hierro con tamaños de partículas más pequeñas para reducir la distancia entre partículas y aumentar el número de intersticios. Esta acción hace que la frecuencia de vibración generada por el rozamiento entre paredes magnéticas supere el rango auditivo general de 20kHz.
Nota: Cuando la frecuencia de vibración supera los 20kHz, se vuelve inaudible para el oído humano.
6.Ruido causado por la resonancia del circuito
La capacitancia parasitaria existe en el circuito. Cuando la frecuencia de la fuente de alimentación alcanza o está muy cerca de la frecuencia LC natural del circuito, ocurre la resonancia. Si la frecuencia de resonancia cae dentro del rango audible, se genera ruido.
Soluciones:
① Ajuste la frecuencia de salida del IC de gestión de energía para evitar el punto de frecuencia de resonancia.
② Ajuste el valor del inductor para evitar el punto de frecuencia de resonancia. (Por ejemplo, tomando los límites superiores e inferiores de los valores de inductancia, lo que tiene como objetivo cambiar la frecuencia de resonancia).
7. Ruido Inducido por el Efecto Corona
Se produce descarga parcial debido a una mala isolación en los materiales, generalmente manifestado como defectos en la isolación del alambre esmaltado, como daños, rasguños o agujeros entre vueltas. Bajo ciertas condiciones de alta tensión, esto lleva a la descarga eléctrica hacia el entorno circundante, excitando resonancia en cavidades adyacentes.
Soluciones:
Tratamiento de Impregnación del Bobinado: Mejore el rendimiento de isolación del bobinado mediante impregnación.
Reemplace con Alambre Esmaltado de Mayor Calidad: Use alambre esmaltado con mejores propiedades de aislamiento.
8. Operación de Sobrecarga del Inductor
Si la corriente de funcionamiento real es demasiado grande, alcanzando o excediendo 1/3 de la corriente nominal, puede hacer que el inductor emita ruido.
Soluciones:
① Reduzca la permeabilidad magnética efectiva del núcleo e incremente el número de vueltas del bobinado.
② Aumente el área de sección transversal efectiva de la ventana del núcleo.
9. Ruido causado por un lijado desigual del núcleo magnético
Durante el proceso de producción, los núcleos magnéticos de los inductores de alta corriente generalmente requieren lijado para las brechas de aire. Si la brecha de aire no está lisa (especialmente la brecha de aire de la columna central), la dirección del flujo magnético cercano se distorsionará, lo que provoca una congestión del flujo magnético y es probable que genere ruido.
Solución:
Lija suavemente la brecha de aire del núcleo magnético.
10. Daño en el material del núcleo magnético
Si el núcleo magnético terminado está agrietado o si la columna central está rota, cuando la polvora magnética dentro del núcleo se magnetiza, se genera ruido debido al fenómeno de magnetoestrictiva (distorsión magnética: explicada previamente).
Soluciones:
Selecciona materiales de núcleo magnético con alta resistencia para la producción.
Utiliza pegamento con un coeficiente de expansión bajo y flexibilidad para el relleno.
11.Diseño de Rastros de PCB y Radiación del Campo Magnético Cercano
Un diseño no razonable de los rastros de PCB, como rastros que forman un bucle cerrado, puede causar una fuerte radiación de EMI que interfiera con los inductores. Un diseño de rastros inadecuado también puede llevar a la resonancia del circuito, lo cual genera ruido. Además, la radiación del campo magnético de componentes cercanos puede hacer que los inductores emitan ruido.
Soluciones:
① Comunícate con los clientes para ajustar el diseño del circuito.
② Reloque el inductor para evitar fuentes de interferencia y radiación.
Conclusión: Lo anterior analiza brevemente los problemas comunes de ruido de inductores. Como sabemos, el sonido se produce por vibración y el ruido del inductor sigue el mismo principio. Para abordar estos problemas, debemos identificar la fuente de vibración y luego adoptar contramedidas científicas y razonables.