Co może być przyczyną dźwięku o wysokiej częstotliwości pochodzącego z obwodu przełączającego regulatora

18

Zaprojektowaliśmy obwód regulatora przełączającego za pomocą regulatora przełączającego 1,5 MHz, przełącznika wewnętrznego ( semtech.com/images/datasheet/sc185.pdf ). Vin ma 5 V, Vout to 3 V3. Mamy kondensator wejściowy (47uf), kondensator wyjściowy (47uf) i cewkę indukcyjną (1uH). Problem polega na tym, że kiedy włączamy system, słyszymy dźwięk o wysokiej wysokości - prawdopodobnie - z cewki indukcyjnej. Wygląda na to, że dźwięk jest bardziej zauważalny, gdy obwód pobiera bardzo małe ilości prądu. Wraz ze wzrostem obecnego zapotrzebowania dźwięk zwykle staje się niezauważalny, ale nie zawsze.

Jakieś pomysły, co moglibyśmy zrobić nieprawidłowo? Czy mogę podać jakieś inne informacje, aby być bardziej szczegółowe? Patrzyłem na wyjście regulatora tuż przed cewką i widzę jakieś dzwonienie, ale nie wiem, czy dzwonienie jest normalne, czy nie.

Coś lepszego
źródło
Co to jest kontroler? Czy jest to stała częstotliwość, czy zmienna, czy jest możliwe, że przy bardzo małych obciążeniach częstotliwość robocza spada do słyszalnego zakresu?
timrorr
2
Prawdopodobnie ta sama przyczyna jak tutaj: electronics.stackexchange.com/q/14256/930 Jakiego układu scalonego lub obwodu sterującego używasz? Czy przechodzi w tryb zdjęć seryjnych, gdy ładowarka przechodzi w stan lekkiego obciążenia lub braku obciążenia?
zebonaut
@timorr: jest to stały kontroler 1,5 MHz z Semtech ( semtech.com/images/datasheet/sc185.pdf ).
SomethingBetter
1
@stevenh: Wiem o trybie PSAVE. Jak widać w arkuszu danych, tryb PSAVE można wyłączyć. Nawet przy wyłączonym PSAVE mamy ten sam problem. Ponadto, nawet przy wyższych prądach obciążenia, nadal słyszymy hałas, po prostu nie tak głośny.
SomethingBetter

Odpowiedzi:

18

Zwykle miejscami, z których dochodzi dźwięk w obwodach elektronicznych, są cewki indukcyjne i kondensatory ceramiczne.

Produktem krzyżowym prądu i pola magnetycznego jest siła. Siły zawsze działają na dwie rzeczy, którymi w przypadku induktora są rdzeń i pojedyncze segmenty drutu, które tworzą uzwojenia. Przy odpowiedniej częstotliwości może to sprawić, że uzwojenie trochę wibruje, co słychać jako dźwięk.

Kondensatory ceramiczne w różnym stopniu wykazują efekt piezoelektryczny. Bardziej wydajne pod względem pojemności ceramiki są również na to bardziej podatne. O ile dobrze pamiętam, tytanian baru jest w tym szczególnie dobry, ponieważ atom tytanu w sieci zmienia się między dwoma stanami energii, co również powoduje zmianę jego pozornej wielkości. Tak, ceramika faktycznie kurczy się i rośnie bardzo nieznacznie w funkcji napięcia.

Niedawno miałem z tym problem w prototypach nowego produktu. Kondensator zasilający został poddany tętnieniu 5-10 kHz, co powoduje, że cała płyta wydaje denerwujący jęk. Testuję pięć różnych modeli różnych producentów, ale wszystkie te, które miały wystarczającą pojemność, miały problem z hałasem. Teraz niechętnie przestawiłem się na elektrolityczne aluminium dla tej części.

W twoim przypadku częstotliwość przełączania 1,5 MHz jest zbyt wysoka, aby była słyszalna, więc nie może być bezpośrednio częstotliwością przełączania. Najprawdopodobniej twój zasilacz jest metastabilny i słyszysz wahania kontroli. Częstotliwość wyjściowa może nie być zbyt duża przy słyszalnej częstotliwości, ale prawdopodobnie można zauważyć niewielką różnicę w cyklu pracy przy tej częstotliwości. Przy bardzo niskich prądach pętla sterująca może powodować wyrzuty impulsów z pewnym czasem martwym między wyładowaniami, które mogą mieć silny komponent w słyszalnym zakresie. Przy wyższych prądach system prawdopodobnie pracuje w trybie ciągłym i jest bardziej naturalnie tłumiony, dlatego reakcja sterowania w słyszalnym zakresie zmniejsza się.

Spójrz także na aktualny pobór prądu zasilacza. Może to znajdować się w zakresie słyszalnym, zmuszając również odpowiedź sterowania zasilacza do zakresu słyszalnego.

Olin Lathrop
źródło
1
W cewce indukcyjnej nazywany „magnetostrykcją”. Spróbuję pokryć go klejem.
tyblu
@Olin, dziękuję za napisanie. Zrobiłem dziś więcej debugowania. Na pokładzie mamy 3 takie regulatory. Mam nową tablicę, w której jest tylko jeden z tych regulatorów. Na wyjściu podłączono sztuczne obciążenie z rezystorem, tak aby mógł pobierać w dowolnym miejscu między 30ma a 300ma. (Nie wypełniał żadnych innych elementów na pokładzie, takich jak mikrokontroler, suwak itp., Tylko jeden regulator). W tej sprawie nic nie słyszę. Więc może problem nie dotyczy jednego regulatora / cewki indukcyjnej, ale wszystkich pracujących jednocześnie?
SomethingBetter
Olin, próbowałeś C0G? Są droższe, ale nie wykazują efektu piezoelektrycznego .
stevenvh
@stevenvh: Tak, CoG byłby dobry, ale ta ceramika jest znacznie mniej wydajna, a kondensatory wielkości i napięcia, których potrzebuję, nie są dostępne, przynajmniej za ceny, które jestem skłonny zapłacić. Produkcja całej płyty powinna kosztować około 18 USD w partiach po 1000 sztuk. Jednym z problemów było w szczególności 10 uF i 35 V, a ja wolałbym nieco większą pojemność. Zastępuję elektrolitem 22 uF 35 V.
Olin Lathrop
1
@tyblu: W rzeczywistości magnetorestrrykcja jest kolejnym efektem niż to, co opisałem. To tam materiał magnetyczny zmienia się mechanicznie pod wpływem przyłożonego pola magnetycznego, podobnie jak efekt piezo, gdy przykładane jest pole elektryczne.
Olin Lathrop
1

Twój regulator prawdopodobnie przechodzi w tryb niskiej częstotliwości przełączania przy małych obciążeniach, aby poprawić wydajność. To powoduje, że drgania kondensatora mieszczą się w naszym zakresie częstotliwości słyszenia. Innym powodem jest to, że przy niskich częstotliwościach przełączania napięcie tętnienia kondensatora jest wyższe, zwiększając w ten sposób amplitudę drgań. Trudno obejść kondensatory ceramiczne, ponieważ zapewniają dobrą gęstość przy wystarczająco niskich kosztach i dobrą charakterystykę częstotliwościową ESR. Dobrym sposobem uniknięcia tego efektu jest umieszczenie 2 takich kondensatorów po przeciwnych stronach płytki drukowanej. Jeśli potrzebujesz pojemności 100uF, wszystko, co musisz zrobić, to umieścić 47uF na górze i 47uF dokładnie po przeciwnej stronie płytki drukowanej. Efekt tych kondensatorów zostaje przeciwdziałany, a płytka drukowana nie wydaje już dźwięków. Znacznie tańsze niż przy użyciu C0G lub innych specjalistycznych kondensatorów.

Subhash SV
źródło