Qual pode ser a causa do som agudo proveniente de um circuito regulador de comutação

Projetamos um circuito regulador de comutação usando um regulador de comutação de 1,5Mhz, com chave interna, ( semtech.com/images/datasheet/sc185.pdf ). Vin é 5V, Vout é 3V3. Temos um capacitor de entrada (47uf), um capacitor de saída (47uf) e um indutor (1uH). O problema é que, ouvimos um som agudo vindo - provavelmente - do indutor quando ligamos o sistema. Parece que o som é mais perceptível quando o circuito está consumindo quantidades muito pequenas de corrente. À medida que a demanda atual aumenta, o som geralmente se torna imperceptível, mas nem sempre.

Alguma idéia do que poderíamos ter feito incorretamente? Existe alguma outra informação que eu possa fornecer para ser mais específica? Eu olhei para a saída do regulador, logo antes do indutor, e vejo alguns toques, mas não sei dizer se o toque está normal ou não.

Os locais de onde o som provém dos circuitos eletrônicos são indutores e capacitores de cerâmica.

O produto cruzado do campo atual e magnético é uma força. As forças sempre trabalham em duas coisas, que, no caso de um indutor, são o núcleo e os segmentos individuais de fios que compõem os enrolamentos. Na frequência certa, isso pode fazer o vento vibrar um pouco, o que você ouve como som.

Capacitores de cerâmica exibem efeito piezo-elétrico em graus variados. As cerâmicas mais eficientes em termos de capacitância também são mais suscetíveis a isso. Se bem me lembro, o titanato de bário é particularmente bom nisso, uma vez que o átomo de titânio na rede muda entre dois estados de energia, o que também faz com que ele mude seu tamanho aparente. Sim, a cerâmica está realmente encolhendo e crescendo muito levemente em função da tensão.

Recentemente, tive um problema com isso nos protótipos de um novo produto. Um capacitor de fonte de alimentação foi submetido a ondulações de 5 a 10 kHz, o que faz com que toda a placa produza um som irritante de lamento. Testo cinco modelos diferentes de fabricantes diferentes, mas todos os que tinham capacitância suficiente tiveram o problema de ruído. Agora, com relutância, mudei para um eletrolítico de alumínio para essa parte.

No seu caso, sua frequência de comutação de 1,5 MHz é muito alta para ser audível, portanto, não pode ser a frequência de comutação diretamente. Provavelmente, sua fonte de alimentação é metaestável e você está ouvindo as flutuações do controle. Pode não haver muita ondulação na saída audível, mas é provável que você veja uma pequena diferença no ciclo de trabalho nessa frequência. Em correntes muito baixas, o loop de controle pode estar causando rajadas de pulsos com algum tempo morto entre rajadas, o que poderia ter um componente forte na faixa audível. Em correntes mais altas, o sistema provavelmente está funcionando no modo contínuo e é mais naturalmente amortecido, razão pela qual a resposta de controle na faixa audível diminui.

Observe também o consumo atual de qualquer que seja a fonte de alimentação. Isso pode estar na faixa audível, forçando também a resposta do controle da fonte de alimentação na faixa audível.

Seu regulador provavelmente está entrando no modo de baixa frequência de comutação com pequenas cargas para melhorar a eficiência. Isso coloca a vibração do capacitor dentro da nossa faixa de frequência auditiva. A outra razão é que, em baixas frequências de comutação, a tensão de ondulação do capacitor é maior, aumentando assim a amplitude das vibrações. É difícil contornar capacitores de cerâmica, pois eles fornecem boa densidade a um custo baixo o suficiente e boas características de freqüência de ESR. Uma boa maneira de evitar esse efeito é colocar 2 desses capacitores em lados opostos da placa de circuito impresso. Se você precisa de capacitância de 100uF, basta colocar 47uF em cima e 47uF exatamente no lado oposto da placa de circuito impresso. O efeito desses capacitores é neutralizado e o PCB não produz mais sons. Muito mais barato do que usar C0G ou outros capacitores especializados.