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1.O princípio da geração de ruído
O ruído é gerado pela vibração de objetos. Vamos tomar um alto-falante como exemplo para entender o princípio da vibração.
Um alto-falante não converte diretamente a energia elétrica em energia sonora. Em vez disso, ele usa uma corrente portadora (bobina de voz ou bobina) para interagir entre os ímãs, fazendo com que a bobina de voz vibre e impulsiona a membrana a vibrar: energia elétrica - energia mecânica - energia sonora.
Um alto-falante: Quando a direção da corrente nas duas extremidades da bobina muda, ela interage diretamente com o campo magnético de um ímã permanente, causando a vibração da bobina de voz e impulsionando a membrana a vibrar. Energia elétrica - energia mecânica - energia sonora.
Um alto-falante produz som convertendo a energia mecânica gerada quando a corrente na bobina muda. Um indutor pode ser transformado em um alto-falante?
Se uma membrana vibratória for adicionada à bobina do indutor e uma pequena câmara de som for criada, o indutor se torna um alto-falante. Na verdade, mesmo sem adicionar uma membrana vibratória e uma câmara de som à bobina do indutor, se uma corrente suficientemente grande for aplicada aos terminais do indutor, ele também pode produzir som. No entanto, a eficiência na conversão de energia mecânica em energia sonora é muito baixa, o som é muito fraco e o volume é baixo, tornando-o difícil de ouvir!
2.Os indutores também produzem ruído?
Se você pode ouvir um som de assobio (chiado), é certo que há uma corrente de comutação de aproximadamente 20Hz - 20kHz (a faixa de audição do ser humano) no indutor. Por exemplo, no caso de assobiamento do indutor em um conversor DC - DC, devido à corrente de carga excessiva, existe um circuito de proteção contra corrente limite dentro do conversor DC. Quando a carga excede a capacidade de corrente interna da chave (MOS) do IC, o circuito de detecção de limitação de corrente determinará que a corrente de carga está muito alta. Ele então ajustará imediatamente o ciclo de trabalho das chaves internas no DAC ou interromperá completamente a operação de comutação. A comutação só retomará a operação normal após a detecção de que a corrente de carga está dentro da faixa padrão. O ciclo de tempo desde a parada da chave até sua reinicialização está exatamente na faixa de frequência de alguns kHz, e é essa frequência periódica de comutação que gera o ruído de assobio.
A magnitude do ruído de assobio está um pouco relacionada à qualidade do enrolamento do indutor. Enrolamentos mais frouxos gerarão sons de assobio mais altos.
3.Condições para que um indutor emita som
① Uma mudança na magnitude da corrente passando pelo indutor → Isso causa uma mudança no fluxo magnético.
② A presença de um condutor ao redor do indutor, suficiente para induzir o efeito de Lenz → O condutor detecta o fluxo magnético do indutor e gera um campo magnético repulsivo → A carcaça de alumínio/capacitor de uma lâmpada fornece tal condição. Como sabemos, polos iguais dos ímãs se repelem enquanto polos opostos se atraem. Quando um indutor/transformador opera, ele gera um forte campo magnético alternado internamente. O núcleo magnético e as bobinas dentro desse campo estão sujeitas a forças magnéticas. Se essas forças causarem vibrações periódicas, atrito ou deformação do material, ruído é produzido. O sistema de vibração formado por uma fonte de excitação de alta frequência e uma estrutura mecânica complexa pode gerar ruído audível.
4. A vibração da bobina causa ruído no indutor
Se as lacunas entre as voltas da bobina do indutor forem grandes e a disposição não for suficientemente apertada, e se a cola não penetrar completamente e fixar as lacunas da bobina, é provável que ruídos sejam gerados. A direção da corrente alternada muda continuamente com a frequência. Como resultado, ocorre atração e repulsão mútuas entre as voltas da bobina. À medida que a frequência aumenta, essa atração-repulsão se transforma em vibração. Quando a frequência da vibração está entre 20Hz e 20kHz (a faixa de áudio audível pelos ouvidos humanos), ruído é produzido.
Soluções:
① Lei de Lenz entre a Bobina e o Núcleo Magnético → Fortalecer a fixação da bobina para restringir seu movimento. Impregnar a bobina ou aumentar o diâmetro do fio.
② Lei de Lenz entre os Núcleos Magnéticos → Usar cola para fixar os núcleos e limitar seu espaço móvel.
5.A magnetostritação (distorção magnética) causa ruído no indutor
Os materiais de núcleo magnético usados em indutores geralmente são materiais magnéticos macios. As matérias-primas em pó magnético dos materiais magnéticos apresentam um fenômeno de distorção da rede magnética (magnetostricção), ou seja, quando o pó magnético no núcleo é magnetizado, o volume do material sofre pequenas mudanças. À medida que a tensão aumenta e a frequência sobe, essa mudança se torna mais intensa, desenvolvendo-se eventualmente em vibração. Se houver lacunas entre as partes combinadas dos núcleos magnéticos, é provável que ocorra ressonância, gerando ruído.
Soluções:
① Ao montar, minimize o espaço entre as superfícies de contato dos núcleos magnéticos. A força de aperto deve ser uniforme e adequada para garantir um bom contato entre os núcleos. Além disso, o espaço da lacuna na coluna central do núcleo é o local mais suscetível à ressonância. A melhor abordagem é preenchê-lo completamente com cola.
②Substitua por um material de núcleo magnético com alta densidade de fluxo magnético e baixa magnetostritação: distorção e vibração menores podem reduzir eficazmente o ruído.
③Substitua por materiais de núcleo feitos de pó magnético mais fino. Podemos usar pó de ferro com partículas menores para reduzir a distância entre as partículas e aumentar o número de espaços. Essa ação faz com que a frequência de vibração gerada pelo atrito entre as paredes magnéticas ultrapasse o intervalo auditivo geral de 20kHz.
Nota: Quando a frequência de vibração excede 20kHz, ela se torna inaudível para o ouvido humano.
6.Ruído Causado por Resonância no Circuito
A capacitância parasítica existe no circuito. Quando a frequência da fonte de alimentação atinge ou está muito próxima à frequência natural LC do circuito, ocorre ressonância. Se a frequência de ressonância cair dentro da faixa audível, ruído é gerado.
Soluções:
① Ajuste a frequência de saída do IC de gerenciamento de energia para evitar o ponto da frequência de ressonância.
② Ajuste o valor do indutor para evitar o ponto da frequência de ressonância. (Por exemplo, tomando os limites superiores e inferiores dos valores de indutância, que tem como objetivo alterar a frequência de ressonância).
7. Ruído Induzido pelo Efeito Corona
Ocorre descarga parcial devido à má isolamento nos materiais, geralmente manifestado como defeitos na isolante do fio esmaltado, como danos, arranhões ou pinos entre as voltas. Sob certas condições de alta tensão, isso leva à descarga elétrica no ambiente circundante, excitando ressonância em cavidades adjacentes.
Soluções:
Tratamento de Impregnação da Bobina: Melhore o desempenho de isolamento da bobina através da impregnação.
Substitua por Fio Esmaltado de Maior Qualidade: Use fio esmaltado com melhores propriedades de isolamento.
8. Operação de Sobrecarga do Indutor
Se a corrente de operação real for muito grande, atingindo ou excedendo 1/3 da corrente nominal, pode causar ruído no indutor.
Soluções:
① Reduza a permeabilidade magnética efetiva do núcleo e aumente o número de voltas da bobina.
② Aumente a área de seção transversal efetiva da janela do núcleo.
9. Ruído Causado por Ato de Moagem Irregular do Núcleo Magnético
Durante o processo de produção, os núcleos magnéticos dos indutores de alta corrente geralmente exigem moagem para criar lacunas de ar. Se a lacuna de ar não for suave (especialmente a lacuna de ar da coluna central), a direção do fluxo magnético próximo será distorcida, causando congestionamento do fluxo magnético, o que é propenso a gerar ruído.
Solução:
Polir suavemente a lacuna de ar do núcleo magnético.
10. Dano ao Material do Núcleo Magnético
Se o núcleo magnético final estiver rachado ou a coluna central estiver quebrada, quando o pó magnético dentro do núcleo for magnetizado, ruídos são gerados devido ao fenômeno de magnetoestrutura (distorção magnética: explicado anteriormente).
Soluções:
Selecione materiais de núcleo magnético com alta resistência para produção.
Use cola com baixo coeficiente de expansão e flexibilidade para preenchimento.
11. Design de Traçados de PCB e Radiação do Campo Magnético Próximo
Um design inadequado de traçados de PCB, como traçados formando um loop fechado, pode causar uma forte radiação EMI que interfere nos indutores. Um design inadequado de traçados também pode levar ao ressonância do circuito, ambos gerando ruído. Além disso, a radiação do campo magnético de componentes próximos pode fazer com que os indutores emitam ruído.
Soluções:
① Comunique-se com os clientes para ajustar o design do circuito.
② Reloque o indutor para evitar fontes de interferência e radiação.
Conclusão: O acima exposto analisa brevemente problemas comuns de ruído em indutores. Como sabemos, o som é produzido por vibração — e o ruído do indutor segue o mesmo princípio. Para resolver tais problemas, devemos identificar a fonte da vibração e então adotar contramedidas científicas e razoáveis.