Quale potrebbe essere la causa del suono acuto proveniente da un circuito regolatore di commutazione

Abbiamo progettato un circuito regolatore di commutazione utilizzando un regolatore di commutazione interno da 1,5 Mhz ( semtech.com/images/datheet/sc185.pdf ). Vin è 5V, Vout è 3V3. Abbiamo un condensatore di ingresso (47uf), un condensatore di uscita (47uf) e un induttore (1uH). Il problema è che, quando accendiamo il sistema, sentiamo un suono acuto proveniente, probabilmente, dall'induttore. Sembra che il suono sia più evidente quando il circuito assorbe quantità molto ridotte di corrente. All'aumentare della domanda attuale, il suono diventa solitamente impercettibile, ma non sempre.

Qualche idea su cosa avremmo potuto fare in modo errato? Ci sono altre informazioni che posso fornire per essere più specifici? Ho guardato l'uscita del regolatore, appena prima dell'induttore, e vedo qualche squillo, ma non riesco a capire se lo squillo è normale o meno.

I soliti luoghi da cui proviene il suono nei circuiti elettronici sono induttori e condensatori ceramici.

Il prodotto incrociato del campo corrente e magnetico è una forza. Le forze lavorano sempre su due cose, che nel caso di un induttore sono il nucleo e i singoli segmenti di filo che compongono gli avvolgimenti. Alla giusta frequenza, questo può far vibrare un po 'l'avvolgimento, che senti come suono.

I condensatori ceramici presentano effetti piezoelettrici a vari livelli. Le capacità ceramiche più efficienti in termini di capacità sono anche più sensibili a questo. Se ricordo bene, il titanato di bario è particolarmente efficace in quanto l'atomo di titanio nel reticolo cambia tra due stati energetici, il che gli fa anche cambiare la sua dimensione apparente. Sì, la ceramica si sta effettivamente restringendo e sta crescendo leggermente in funzione della tensione.

Di recente ho avuto un problema con questo nei prototipi di un nuovo prodotto. Un condensatore di alimentazione è stato sottoposto a un'ondulazione di 5-10 kHz, che fa emettere un fastidioso suono lamentoso all'intera scheda. Ho testato cinque diversi modelli di diversi produttori, ma tutti quelli con capacità sufficiente avevano il problema del rumore. Ora sono riluttante a passare a un elettrolitico in alluminio per quella parte.

Nel tuo caso la frequenza di commutazione di 1,5 MHz è troppo alta per essere udibile, quindi non può essere direttamente la frequenza di commutazione. Molto probabilmente il tuo alimentatore è meta-stabile e senti le fluttuazioni di controllo. Potrebbe non esserci molta ondulazione di uscita alla frequenza udibile, ma probabilmente si può vedere una piccola differenza nel ciclo di lavoro a quella frequenza. A correnti molto basse il circuito di controllo può causare esplosioni di impulsi con un tempo morto tra le raffiche, che potrebbe avere una componente forte nel campo udibile. A correnti più elevate il sistema sta probabilmente funzionando in modalità continua ed è più naturalmente smorzato, motivo per cui la risposta di controllo nell'intervallo udibile diminuisce.

Guarda anche il disegno attuale di qualunque cosa stia guidando l'alimentatore. Ciò può essere compreso nell'intervallo udibile, forzando anche la risposta del controllo dell'alimentazione elettrica nell'intervallo udibile.

Il regolatore probabilmente entrerà in una modalità a bassa frequenza di commutazione a piccoli carichi per migliorare l'efficienza. Questo mette la vibrazione del condensatore all'interno della nostra gamma di frequenze uditive. L'altra ragione è che a basse frequenze di commutazione, la tensione di ondulazione del condensatore è più alta, aumentando così l'ampiezza delle vibrazioni. È difficile aggirare i condensatori ceramici poiché forniscono una buona densità a costi abbastanza bassi e buone ESR, caratteristiche di frequenza. Un buon modo per evitare questo effetto è di avere 2 di questi condensatori posizionati sui lati opposti del PCB. Se hai bisogno di una capacità di 100uF, tutto ciò che devi fare è posizionare 47uF in alto e 47uF esattamente sul lato opposto del PCB. L'effetto di questi condensatori viene contrastato e il PCB non emette più suoni. Molto più economico rispetto all'utilizzo di C0G o di altri condensatori specializzati.