¿Cuál podría ser la causa del sonido de tono alto proveniente de un circuito regulador de conmutación?

Diseñamos un circuito regulador de conmutación usando un regulador de conmutación interno de 1,5 MHz ( semtech.com/images/datasheet/sc185.pdf ). Vin es 5V, Vout es 3V3. Tenemos un capacitor de entrada (47uf), un capacitor de salida (47uf) y un inductor (1uH). El problema es que escuchamos un sonido de tono alto proveniente, presumiblemente, del inductor cuando encendemos el sistema. Parece que el sonido es más perceptible cuando el circuito consume cantidades muy pequeñas de corriente. A medida que aumenta la demanda actual, el sonido suele pasar desapercibido, pero no siempre.

¿Alguna idea de lo que podríamos haber hecho incorrectamente? ¿Hay alguna otra información que pueda proporcionar para ser más específico? He mirado la salida del regulador, justo antes del inductor, y veo algo de timbre, pero no puedo decir si el timbre es normal o no.

¿Qué es el controlador? ¿Es de frecuencia fija o variable, es posible que bajo cargas muy pequeñas la frecuencia de operación caiga dentro del rango audible?
Posiblemente la misma causa que aquí: electronics.stackexchange.com/q/14256/930 ¿Qué IC o circuito de control está usando? ¿Entra en modo de ráfaga cuando el cargador entra en una condición de carga ligera o sin carga?
@timorr: es un controlador fijo de 1.5Mhz, de Semtech ( semtech.com/images/datasheet/sc185.pdf ).
Estoy de acuerdo con la presunción de zebonaut. Verifique su respuesta a la pregunta a la que se refiere y el modo PSAVE en la hoja de datos del SC185. Votando para cerrar esta pregunta como duplicado exacto.
@stevenh: Sé sobre el modo PSAVE. Como puede ver en la hoja de datos, el modo PSAVE se puede desactivar. Incluso con PSAVE apagado, tenemos el mismo problema. Además, incluso con corrientes de carga más altas, aún podemos escuchar un ruido, pero no tan fuerte.
@SomethingBetter cuando cerré tu comentario aquí cambié de opinión, no se cargó de inmediato. También proporcionó una hoja de datos y como parte de su pregunta, disculpe la confusión momentánea.

Respuestas (2)

Los lugares habituales de donde proviene el sonido en los circuitos electrónicos son los inductores y los condensadores cerámicos.

El producto cruzado de la corriente y el campo magnético es una fuerza. Las fuerzas siempre actúan sobre dos cosas, que en el caso de un inductor son el núcleo y los segmentos individuales de alambre que forman los devanados. A la frecuencia correcta, esto puede hacer que el devanado vibre un poco, lo que se escucha como un sonido.

Los condensadores cerámicos exhiben un efecto piezoeléctrico en diversos grados. Las cerámicas más eficientes en cuanto a capacitancia también son más susceptibles a esto. Si mal no recuerdo, el titanato de bario es particularmente bueno en esto ya que el átomo de titanio en la red cambia entre dos estados de energía, lo que también hace que cambie su tamaño aparente. Sí, la cerámica en realidad se encoge y crece muy levemente en función del voltaje.

Hace poco tuve un problema con esto en los prototipos de un nuevo producto. Un condensador de la fuente de alimentación se sometió a una ondulación de 5-10 kHz, lo que hace que toda la placa emita un molesto zumbido. Probé cinco modelos diferentes de diferentes fabricantes, pero todos los que tenían suficiente capacitancia tenían el problema del ruido. Ahora he cambiado a regañadientes a un electrolítico de aluminio para esa parte.

En su caso, su frecuencia de conmutación de 1,5 MHz es demasiado alta para ser audible, por lo que no puede ser la frecuencia de conmutación directamente. Lo más probable es que su fuente de alimentación sea metaestable y esté escuchando las fluctuaciones del control. Puede que no haya mucha ondulación de salida en la frecuencia audible, pero probablemente pueda ver una pequeña diferencia en el ciclo de trabajo en esa frecuencia. A corrientes muy bajas, el lazo de control puede estar causando ráfagas de pulsos con algún tiempo muerto entre ráfagas, lo que podría tener un fuerte componente en el rango audible. A corrientes más altas, el sistema probablemente esté funcionando en modo continuo y esté amortiguado de forma más natural, por lo que la respuesta de control en el rango audible disminuye.

También mire el consumo actual de lo que sea que esté impulsando la fuente de alimentación. Eso puede estar en el rango audible, forzando la respuesta del control de la fuente de alimentación dentro del rango audible también.

Llamado "magnetoestricción" en el inductor. Yo intentaría cubrirlo con pegamento pegajoso.
@Olin, gracias por el artículo. Hice más depuración hoy. Tenemos 3 de estos reguladores a bordo. Obtuve una nueva placa poblada, con solo uno de estos reguladores. En su salida, conectó una carga artificial con una resistencia, de modo que pueda consumir entre 30 ma y 300 ma. (No llenó ningún otro componente a bordo, como el microcontrolador, ram, etc., solo un regulador). No escucho nada en este caso. Entonces, ¿tal vez el problema no es con un solo regulador / inductor, sino que todos funcionan simultáneamente?
Olin, ¿has probado los C0G? Son más caros, pero no muestran ningún efecto piezoeléctrico .
@stevenvh: Sí, CoG sería bueno, pero esa cerámica es mucho menos eficiente y no hay capacitores del tamaño y voltaje que necesito, al menos por los precios que estoy dispuesto a pagar. Todo el tablero debería costar alrededor de $ 18 para producir en lotes de 1000. El límite de un problema en particular fue 10 uF y 35 V, y me hubiera gustado un poco más de capacitancia. Estoy reemplazando con un electrolítico de 22 uF 35 V.
@tyblu: En realidad, la magnetorrestricción es otro efecto más que el que describí. Ahí es donde el material magnético cambia mecánicamente debido al campo magnético aplicado, muy parecido al efecto piezoeléctrico cuando se aplica un campo eléctrico.
@AlgoMejor Guau! Ha pasado casi una década, ¿realmente solucionó su problema?

Es probable que su regulador esté entrando en un modo de baja frecuencia de conmutación con cargas pequeñas para mejorar la eficiencia. Esto pone la vibración del capacitor dentro de nuestro rango de frecuencia auditiva. La otra razón es que a bajas frecuencias de conmutación, la tensión de ondulación del condensador es mayor, lo que aumenta la amplitud de las vibraciones. Es difícil eludir los condensadores cerámicos, ya que proporcionan una buena densidad a un costo lo suficientemente bajo y buenas características de frecuencia ESR. Una buena manera de evitar este efecto es colocar 2 de estos capacitores en lados opuestos de la PCB. Si necesita una capacitancia de 100uF, todo lo que necesita hacer es colocar 47uF en la parte superior y 47uF exactamente en el lado opuesto de la PCB. El efecto de estos condensadores se contrarresta y la PCB ya no emite sonidos. Mucho más barato que usar C0G o algunos otros capacitores especializados.

¿Cuál podría ser la causa del sonido de tono alto proveniente de un circuito regulador de conmutación?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v