Was könnte die Ursache für einen hohen Ton sein, der von einem Schaltreglerkreis kommt?

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Wir haben einen Schaltreglerkreis mit einem internen 1,5-MHz-Schaltregler entworfen ( semtech.com/images/datasheet/sc185.pdf ). Vin ist 5V, Vout ist 3V3. Wir haben einen Eingangskondensator (47uf), einen Ausgangskondensator (47uf) und eine Induktivität (1uH). Das Problem ist, dass wir beim Einschalten des Systems vermutlich einen hohen Ton von der Induktivität hören. Es scheint, dass das Geräusch wahrnehmbarer ist, wenn die Schaltung sehr kleine Strommengen aufnimmt. Wenn die aktuelle Nachfrage steigt, wird der Ton normalerweise nicht wahrgenommen, aber nicht immer.

Irgendwelche Ideen, was wir falsch gemacht haben könnten? Gibt es weitere Informationen, die ich genauer beschreiben kann? Ich habe kurz vor dem Induktor auf den Reglerausgang geschaut und sehe ein Klingeln, kann aber nicht feststellen, ob das Klingeln normal ist oder nicht.

Etwas Besseres
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Was ist der Controller? Ist es eine feste Frequenz oder eine variable Frequenz, ist es möglich, dass die Betriebsfrequenz bei sehr kleinen Lasten in den hörbaren Bereich fällt?
Timrorr
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Möglicherweise die gleiche Ursache wie hier: electronics.stackexchange.com/q/14256/930 Welchen IC oder Steuerkreis verwenden Sie? Geht es in den Burst-Modus, wenn das Ladegerät in einen leichten oder keinen Ladezustand übergeht?
Zebonaut
@timorr: Es handelt sich um einen festen 1,5-MHz-Controller von Semtech ( semtech.com/images/datasheet/sc185.pdf ).
Etwas
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@ Stevenh: Ich kenne den PSAVE-Modus. Wie Sie im Datenblatt sehen können, kann der PSAVE-Modus deaktiviert werden. Selbst wenn PSAVE ausgeschaltet ist, haben wir das gleiche Problem. Auch bei höheren Lastströmen können wir immer noch ein Geräusch hören, nur nicht so laut.
Etwas

Antworten:

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Die üblichen Geräuschquellen in elektronischen Schaltkreisen sind Induktivitäten und Keramikkondensatoren.

Das Kreuzprodukt von Strom und Magnetfeld ist eine Kraft. Kräfte wirken immer auf zwei Dinge, die im Fall eines Induktors der Kern und die einzelnen Drahtsegmente sind, aus denen die Wicklungen bestehen. Bei der richtigen Frequenz kann dies dazu führen, dass die Wicklung etwas vibriert, was Sie als Geräusch hören.

Keramikkondensatoren zeigen in unterschiedlichem Maße einen piezoelektrischen Effekt. Anfälliger dafür sind auch die kapazitiv effizienteren Keramiken. Wenn ich mich recht erinnere, ist Bariumtitanat hier besonders gut, da sich das Titanatom im Gitter zwischen zwei Energiezuständen ändert, wodurch sich auch seine scheinbare Größe ändert. Ja, die Keramik schrumpft tatsächlich und wächst in Abhängigkeit von der Spannung sehr leicht.

Ich hatte kürzlich ein Problem mit Prototypen eines neuen Produkts. Ein Stromversorgungskondensator war einer Welligkeit von 5 bis 10 kHz ausgesetzt, was dazu führte, dass die gesamte Platine ein störendes Jammern von sich gab. Ich teste fünf verschiedene Modelle verschiedener Hersteller, aber alle, die eine ausreichende Kapazität hatten, hatten das Rauschproblem. Ich habe jetzt widerstrebend auf einen Aluminium-Elektrolyseur für diesen Teil umgestellt.

In Ihrem Fall ist Ihre Schaltfrequenz von 1,5 MHz viel zu hoch, um hörbar zu sein, sodass es nicht direkt die Schaltfrequenz sein kann. Höchstwahrscheinlich ist Ihr Netzteil metastabil und Sie hören die Regelschwankungen. Bei der hörbaren Frequenz tritt möglicherweise keine große Welligkeit auf, aber Sie können wahrscheinlich einen kleinen Unterschied im Arbeitszyklus bei dieser Frequenz feststellen. Bei sehr niedrigen Strömen kann der Regelkreis Impulsfolgen mit einer gewissen Totzeit zwischen den Impulsen verursachen, die eine starke Komponente im hörbaren Bereich haben können. Bei höheren Strömen läuft das System wahrscheinlich im Dauerbetrieb und ist natürlicher gedämpft, weshalb das Regelverhalten im hörbaren Bereich abnimmt.

Sehen Sie sich auch die Stromaufnahme an, die das Netzteil liefert. Dies kann im hörbaren Bereich liegen, wodurch die Reaktion der Stromversorgungssteuerung ebenfalls in den hörbaren Bereich gerät.

Olin Lathrop
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Wird im Induktor als "Magnetostriktion" bezeichnet. Ich würde versuchen, es mit Klebstoff zu bedecken.
Tyblu
@Olin, danke für das Schreiben. Ich habe heute mehr Debugging gemacht. Wir haben 3 dieser Regler an Bord. Ich habe ein neues Gremium mit nur einem dieser Aufsichtsbehörden besetzt. An seinem Ausgang ist eine künstliche Last mit einem Widerstand verbunden, so dass sie irgendwo zwischen 30 mA und 300 mA ziehen kann. (Bestückte keine anderen Komponenten an Bord, wie z. B. den Mikrocontroller, den RAM usw., nur einen Regler). Ich höre in diesem Fall nichts. Vielleicht liegt das Problem also nicht bei einem einzelnen Regler / Induktor, sondern bei allen, die gleichzeitig arbeiten?
Etwas
Olin, hast du C0Gs ausprobiert? Sie sind teurer, zeigen aber keinen piezoelektrischen Effekt .
Stevenvh
@stevenvh: Ja, CoG wäre gut, aber diese Keramik ist viel weniger effizient und Kondensatoren der Größe und Spannung, die ich benötige, sind nicht verfügbar, zumindest für die Preise, die ich bereit bin zu zahlen. Die gesamte Platine sollte ungefähr 18 US-Dollar kosten, um 1000 Stück zu produzieren. Das einzige Problem waren 10 uF und 35 V, und ich hätte mir etwas mehr Kapazität gewünscht. Ich ersetze mit einem 22 uF 35 V Elektrolyt.
Olin Lathrop
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@tyblu: Eigentlich ist Magnetorestriction ein weiterer Effekt als ich beschrieben habe. Hier ändert sich das magnetische Material aufgrund des angelegten Magnetfelds mechanisch, ähnlich wie beim Piezoeffekt, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird.
Olin Lathrop
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Ihr Regler geht wahrscheinlich bei kleinen Lasten in einen niedrigen Schaltfrequenzmodus, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Dies bringt die Kondensatorvibration in unseren Hörfrequenzbereich. Der andere Grund ist, dass bei niedrigen Schaltfrequenzen die Kondensatorwelligkeitsspannung höher ist, wodurch die Amplitude der Vibrationen erhöht wird. Es ist schwierig, an Keramikkondensatoren vorbeizukommen, da sie eine gute Dichte bei ausreichenden Kosten und gute ESR-Frequenzeigenschaften bieten. Ein guter Weg, um diesen Effekt zu vermeiden, besteht darin, 2 dieser Kondensatoren auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte zu platzieren. Wenn Sie eine Kapazität von 100 uF benötigen, müssen Sie lediglich 47 uF oben und 47 uF genau auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte platzieren. Dem Effekt dieser Kondensatoren wird entgegengewirkt und die Platine macht keine Geräusche mehr. Viel billiger als die Verwendung von C0G oder anderen speziellen Kondensatoren.

Subhash SV
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