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1.Il principio di generazione del rumore
Il rumore è generato dalle vibrazioni degli oggetti. Prendiamo un altoparlante come esempio per capire il principio della vibrazione.
Un altoparlante non converte direttamente l'energia elettrica in energia sonora. Invece, utilizza una corrente portante (bobina vocale o bobina) per interagire con i magneti, facendo vibrare la bobina vocale e spingendo il diaframma a vibrare: energia elettrica - energia meccanica - energia sonora.
Un altoparlante: quando cambia la direzione della corrente alle estremità della bobina, essa interagisce direttamente con il campo magnetico di un magnete permanente, causando la vibrazione della bobina vocale e del diaframma. Energia elettrica - energia meccanica - energia sonora.
Un altoparlante produce suoni convertendo l'energia meccanica generata dal cambiamento della corrente nella bobina. Un induttore può essere trasformato in un altoparlante?
Se si aggiunge una membrana vibrante al coil dell'induttore e si crea una piccola cavità sonora, l'induttore diventa un altoparlante. Infatti, anche senza aggiungere una membrana vibrante e una cavità sonora al coil dell'induttore, se si applica una corrente sufficientemente elevata ai terminali dell'induttore, esso può produrre suono. Tuttavia, l'efficienza del convertitore di energia meccanica in energia sonora è molto bassa, il suono è molto debole e il volume è basso, rendendolo difficile da sentire!
2.Gli induttori producono anche rumore?
Se si sente un fischio (stridore), è certo che ci sia una corrente commutata di circa 20Hz - 20kHz (intervallo d'ascolto dell'orecchio umano) attraverso l'induttore. Ad esempio, nel caso di fischio dell'induttore in un convertitore DC - DC, a causa di una corrente di carico eccessiva, c'è un circuito di protezione con limitazione di corrente all'interno del convertitore DC. Quando la corrente di carico supera la capacità di corrente interna del commutatore MOS dell'IC, il circuito di rilevamento della limitazione di corrente determinerà che la corrente di carico è troppo alta. Successivamente, immediatamente regolerà il ciclo di lavoro dei commutatori interni nel DAC o interromperà completamente l'operazione di commutazione. La commutazione riprenderà un funzionamento normale solo dopo che viene rilevato che la corrente di carico è entro i limiti standard. Il ciclo temporale dall'arresto del commutatore al riavvio è esattamente nella gamma di frequenza di alcuni kHz, ed è questa frequenza di commutazione periodica che genera il rumore di fischio.
L'entità del rumore fischiante è in qualche modo correlata alla qualità del avvolgimento dell'induttore. Gli avvolgimenti più allentati produrranno suoni fischianti più forti.
3.Condizioni per cui un induttore emette suoni
① Un cambiamento nell'intensità della corrente che passa attraverso l'induttore → Ciò provoca un cambiamento nel flusso magnetico.
② La presenza di un conduttore intorno all'induttore, sufficiente a indurre l'effetto di Lenz → Il conduttore rileva il flusso magnetico dell'induttore e genera un campo magnetico respingente → La struttura in alluminio/capacitore di una lampada fornisce tale condizione. Come sappiamo, i poli uguali dei magneti si respingono mentre i poli opposti si attraggono. Quando un induttore/trasformatore funziona, genera internamente un forte campo magnetico alternato. Il nucleo magnetico e le bobine all'interno di questo campo sono soggetti a forze magnetiche. Se queste forze causano vibrazioni periodiche, attrito o deformazione del materiale, viene prodotto rumore. Il sistema di vibrazione formato da una fonte di eccitazione ad alta frequenza e da una struttura meccanica complessa può generare rumore udibile.
4. La vibrazione della bobina causa rumore dell'induttore
Se gli spazi tra i giri del coil dell'induttore sono grandi e l'arrangiamento non è abbastanza stretto, e se la colla non penetra completamente e non fissura gli spazi del coil, è probabile che si generi rumore. La direzione della corrente alternata cambia continuamente con la frequenza. Di conseguenza, si verificano attrazione e repulsione reciproche tra i giri del coil. Al crescere della frequenza, questa attrazione - repulsione si trasforma in vibrazione. Quando la frequenza di vibrazione si trova tra 20Hz e 20kHz (il range audio udibile dall'orecchio umano), si genera rumore.
Soluzioni:
① Legge di Lenz tra il Coil e il nucleo magnetico → Rafforzare la fissazione del coil per limitarne il movimento. Impregnare il coil o aumentare il diametro del filo.
② Legge di Lenz tra i nuclei magnetici → Usare colla per fissare i nuclei e limitare lo spazio mobile.
5.La magnetostrizione (distorsione magnetica) causa rumore nell'induttore
I materiali dei nuclei magnetici utilizzati negli induttori sono generalmente materiali magnetici morbidi. I materiali a polvere magnetica presentano un fenomeno di distorsione della griglia magnetica (magnetostrizione), ovvero, quando la polvere magnetica all'interno del nucleo viene magnetizzata, il volume del materiale subisce lievi cambiamenti. Al crescere della tensione e della frequenza, questo cambiamento diventa più intenso, sviluppandosi infine in vibrazioni. Se esistono spazi tra le parti combinate dei nuclei magnetici, è probabile che si verifichi una risonanza, generando rumore.
Soluzioni:
① Durante l'assemblaggio, minimizzare lo spazio tra le superfici di connessione dei nuclei magnetici. La forza di stringimento deve essere uniforme per garantire un contatto stretto tra i nuclei. Inoltre, lo spazio tra le fessure nella colonna centrale del nucleo è quello più soggetto alla risonanza. Il miglior approccio è riempirlo completamente con colla.
②Sostituisci con un materiale di nucleo magnetico con alta densità di flusso magnetico e bassa magnetostrizione: una distorsione e vibrazione minori possono ridurre efficacemente il rumore.
③Sostituisci con materiali di nucleo fatti di polvere magnetica più fine. Possiamo utilizzare polvere di ferro con dimensioni di particelle più piccole per ridurre la distanza tra i granuli e aumentare il numero di interstizi. Questa azione fa sì che la frequenza di vibrazione generata dall'attrito tra le pareti magnetiche superi il campo udibile generale di 20kHz.
Nota: Quando la frequenza di vibrazione supera i 20kHz, diventa inudibile all'orecchio umano.
6.Rumore Causato dalla Risonanza del Circuito
Esiste una capacitância parassita nel circuito. Quando la frequenza della fonte di alimentazione raggiunge o è molto vicina alla frequenza naturale LC del circuito, si verifica la risonanza. Se la frequenza di risonanza cade accidentalmente nell'intervallo audio, viene generato rumore.
Soluzioni:
① Regolare la frequenza di uscita del power management IC per evitare il punto di frequenza di risonanza.
② Regolare il valore dell'induttore per evitare il punto di frequenza di risonanza. (Ad esempio, prendendo i limiti superiori e inferiori dei valori di induttanza, il che mira a cambiare la frequenza di risonanza).
7. Rumore Indotto dall'Effetto Corona
Si verifica una scarica parziale a causa di una cattiva isolazione nei materiali, generalmente manifestata da difetti nell'isolamento del filo smaltato come danni, graffi o forellini tra i giri. In determinate condizioni ad alta tensione, ciò porta alla scarica elettrica nell'ambiente circostante, eccitando la risonanza in cavità adiacenti.
Soluzioni:
Trattamento di Imprregnazione della Bobina: Migliorare le prestazioni di isolamento della bobina attraverso l'imprregnazione.
Sostituisci con Filo Smaltato di Migliore Qualità: Usa filo smaltato con proprietà di isolamento migliori.
8. Operazione in Sovraccarico dell'Induttore
Se la corrente effettiva di funzionamento è troppo grande, raggiungendo o superando 1/3 della corrente rated, potrebbe causare all'induttore di emettere rumore.
Soluzioni:
① Riduci la permeabilità magnetica effettiva del nucleo e aumenta il numero di spire della bobina.
②Aumenta l'area di sezione trasversale effettiva della finestra del nucleo.
9. Rumore causato da un'insufficienza di grinding del nucleo magnetico
Durante il processo di produzione, i nuclei magnetici degli induttori ad alta corrente richiedono generalmente un'operazione di grinding per i gap d'aria. Se il gap d'aria non è liscio (soprattutto il gap d'aria della colonna centrale), la direzione del flusso magnetico vicino sarà distorta, causando una congestione del flusso magnetico, che è probabile generi rumore.
Soluzione:
Liscia il gap d'aria del nucleo magnetico.
10. Danno al materiale del nucleo magnetico
Se il nucleo magnetico finito si rompe o la colonna centrale si spezza, quando la polvere magnetica all'interno del nucleo viene magnetizzata, si genera rumore a causa del fenomeno di magnetostrizione (distorsione magnetica: spiegato in precedenza).
Soluzioni:
Seleziona materiali per il nucleo magnetico con alta resistenza per la produzione.
Utilizza colla con un basso coefficiente di espansione e flessibilità per il riempimento.
11.Disegno dei Tracciati PCB e Radiazione del Campo Magnetico Vicino
Un progetto irragionevole dei tracciati PCB, come i tracciati che formano un anello chiuso, può causare una forte radiazione EMI che interferisce con gli induttori. Un progetto non appropriato dei tracciati può anche portare a risonanza del circuito, entrambi generano rumore. Inoltre, la radiazione del campo magnetico da componenti vicini può causare agli induttori di emettere rumore.
Soluzioni:
① Comunica con i clienti per ajustare il disegno del circuito.
② Ri-posizionare l'induttore per evitare fonti di interferenza e radiazioni.
Conclusione: Come sopra, viene fatta un'analisi breve dei problemi comuni legati al rumore degli induttori. Come sappiamo, il suono è prodotto dalle vibrazioni e il rumore dell'induttore segue lo stesso principio. Per affrontare tali problemi, dobbiamo identificare la fonte di vibrazione e poi adottare contromisure scientifiche e ragionevoli.