Защита акустики от постоянного напряжения. Защита акустических систем от постоянного напряжения: надежные схемы и методы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Почему необходима защита акустики от постоянного напряжения. Какие существуют эффективные схемы защиты АС. Как правильно реализовать защиту акустических систем в усилителе мощности. На что обратить внимание при выборе компонентов.

Содержание

Почему защита акустических систем так важна

Акустические системы (АС) являются одним из самых дорогостоящих компонентов аудиосистемы. Их стоимость может достигать сотен тысяч рублей и даже миллионов у топовых моделей. При этом динамики АС очень чувствительны к воздействию постоянного напряжения, которое может возникнуть на выходе усилителя мощности при различных неисправностях.

Даже кратковременное воздействие постоянного напряжения способно вывести из строя дорогостоящие динамики. Именно поэтому защита акустических систем от постоянного напряжения является критически важным элементом любого качественного усилителя мощности.

Основные причины появления постоянного напряжения на выходе усилителя

Существует несколько типичных причин, по которым на выходе усилителя может возникнуть опасное для АС постоянное напряжение:

Пробой выходных транзисторов усилителя
Неисправность в цепях смещения выходного каскада
Отказ источника питания усилителя
Неправильная настройка усилителя
Повреждение печатных проводников на плате усилителя

Даже в самых качественных усилителях нельзя полностью исключить вероятность возникновения таких неисправностей. Поэтому наличие надежной защиты АС является обязательным для любого серьезного усилителя мощности.

Какие бывают схемы защиты акустических систем

Существует несколько основных вариантов схем защиты АС от постоянного напряжения:

Релейная защита с детектором постоянного напряжения
Тиристорная защита
Защита на полевых транзисторах
Интегрированные схемы защиты

Рассмотрим подробнее принцип работы и особенности каждого типа защиты.

Релейная защита с детектором постоянного напряжения

Это один из самых распространенных и надежных вариантов защиты АС. Схема содержит детектор постоянного напряжения и реле, которое отключает акустику при срабатывании защиты. Основные преимущества:

Простота реализации
Высокая надежность
Гальваническая развязка АС от усилителя
Возможность реализации задержки включения АС

Недостатком является инерционность срабатывания реле. Однако при правильном выборе компонентов это не критично.

Тиристорная защита

В этой схеме для отключения АС используются мощные тиристоры. Преимущества:

Очень быстрое срабатывание
Отсутствие механических контактов
Компактность

Недостатки — более сложная схема и необходимость использования мощных тиристоров.

Какие компоненты использовать для защиты акустических систем

При реализации схемы защиты АС важно правильно выбрать компоненты. Ключевые моменты:

Реле должно иметь контакты, рассчитанные на коммутацию требуемой мощности
Быстродействующие предохранители для дополнительной защиты
Высоковольтные транзисторы в детекторе постоянного напряжения
Прецизионные резисторы для точной настройки порога срабатывания

Использование качественных компонентов обеспечит надежную работу защиты в течение длительного времени.

Как правильно настроить защиту акустических систем

Настройка схемы защиты АС включает следующие этапы:

Установка порога срабатывания по постоянному напряжению (обычно 1-2 В)
Настройка времени задержки включения АС (0,5-2 сек)
Проверка работы защиты при подаче постоянного напряжения на вход
Тестирование защиты при различных режимах работы усилителя

Важно тщательно проверить работу защиты во всех возможных ситуациях, чтобы гарантировать сохранность акустических систем.

Типичные ошибки при реализации защиты АС

При разработке схемы защиты акустических систем следует избегать следующих ошибок:

Использование маломощных реле, не рассчитанных на коммутацию больших токов
Слишком высокий порог срабатывания защиты (более 2-3 В)
Отсутствие защиты от перенапряжения в цепи питания схемы
Некачественная разводка печатной платы
Экономия на компонентах схемы защиты

Любая из этих ошибок может привести к отказу защиты в критический момент и выходу из строя дорогостоящих акустических систем.

Дополнительные функции схем защиты АС

Помимо защиты от постоянного напряжения, современные схемы защиты АС часто реализуют дополнительные полезные функции:

Задержка включения АС при включении усилителя
Защита от перегрузки по току

Защита от перегрева усилителя
Индикация режимов работы
Дистанционное управление

Такие дополнительные функции повышают надежность и удобство эксплуатации усилителя мощности.

Заключение

Защита акустических систем от постоянного напряжения — важнейший элемент любого качественного усилителя мощности. Правильно спроектированная и реализованная схема защиты гарантирует сохранность дорогостоящих АС и обеспечивает надежную работу аудиосистемы в течение долгого времени.

При разработке схемы защиты необходимо уделить особое внимание выбору компонентов, тщательной настройке и всесторонней проверке работоспособности. Только в этом случае можно быть уверенным в надежной защите акустических систем от повреждения.

Схема защиты акустических систем от постоянного напряжения

Схема защиты акустических систем от постоянного напряжения является первостепенной задачей при построении любого звукоусиливающего или аудио воспроизводящего проекта. Одна из причин выхода из строя колонок заключается в том, что при возникновении неполадок в усилителе мощности звука в его выходном тракте может появится постоянный ток.

Именно постоянное напряжение в выходной цепи усилителя может стать убийцей акустической системы. Схема защиты динамика определяет появившееся напряжение постоянного тока на выходе усилителя и отключает громкоговоритель. Уровень постоянного напряжения, который схемы защиты может обнаружить, очень низкий (0,7… 1 В), поэтому динамик надежно защищен от воздействия постоянного напряжения.

Схема защиты акустических систем подключается к выходным цепям усилителей мощностью 2×200 или 1×400 Вт с помощью двух-контактного реле, при этом нет необходимости делать какие-либо дополнительные действия на имеющемся усилителе.

Принцип работы устройства защиты заключается в подключении релейного выхода усилителя в схеме защиты громкоговорителей с акустической системой. При этом обеспечивается задержка включения АС в соответствии с установленным временем, тем самым предотвращая появление акустического щелчка в динамиках.

Другими словами, громкоговорители защищены от моментального подключения нагрузки, которая происходит при первом включении усилителя, а время задержки регулируется с помощью подстроечного резистора 100 кОм.

Кроме того, я добавил в схему термопредохранитель, чтобы предотвратить сбои, которые могут возникнуть из-за перегрева усилителя. Тепловой предохранитель, установленный на радиаторе усилителя, отключает напряжение схемы защиты при достижении высокой температуре. Происходит это путем размыкания контактов реле и разъединяет цепь акустических колонок от схемы усилителя. Номинал термопредохранителя может составлять 70… 75 градусов.

Схема защиты громкоговорителя

Схема имеет выпрямитель переменного напряжения, собранного на стабилизаторе 7812 12V, который рассчитан на работу с переменным напряжением от 2x12v до 2X24v AC.

Вы можете использовать его напрямую с одним источником постоянного напряжения. Входное напряжение стабилизатора 7812 составляет 35v постоянного тока.

Но поскольку кулер небольшой, я не рекомендую использовать полное напряжение в вольтах. Лучше будет, если вы добавите резистор 2… 3 Вт (RES) ко входу стабилизатора 7812, чтобы использовать его при напряжении 35v или выше.

Тестирование схемы защиты акустической системы проводилось с использованием резистора номиналом 22 кОм на аудиовходе.

Разводка печатной платы схемы была сделана с помощью программы Sprint 6. Односторонняя печатная плата. Размеры: 47×49 мм

Схема защиты динамика

Скачать печатную плату: PCB

Устройство защиты ас от постоянного напряжения

Тернополь 11 окт. Донецк, Киевский 10 окт. Славянск Вчера Хотите продавать быстрее? Узнать как. Винница, Ленинский Вчера

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Схемы устройств для защиты акустических систем (АС)

Плата защиты акустики

Защита акустических систем (5 вариантов схем)

Схемы защиты громкоговорителей акустических систем

Схема защиты АС

Простая и надежная защита АС

Схема защиты АС

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Обзор и изготовление защиты АС (DEF 2017)

Схемы устройств для защиты акустических систем (АС)

Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Xiaomi MI9 SE. Установка её в Москвич. Зарегистрироваться Логин или эл. Напомнить пароль Пароль. Войти Запомнить меня. Войти или Зарегистрироваться.

Добавить обзор. Блог Магазины Китая. RSS блога Подписка. Добрый день, уважаемые читатели! Вас ждет обзор маленькой но полезной платы для DIY усилителей. Проверим ее работоспособность. Доставка меньше месяца, безтрековая бандеролью. Инструкция на китайском.

Похожие обзоры Другие обзоры от bdos. Был велосипед, а стал электробайк! Ретро бумбокс. Защита на реле редко спасает акустику именно из-за приличного времени срабатывания. Но хозяин барин, конечно. При КЗ нагрузки сгорит УМ, так как плата от этого, как я понял из обзора, не защищает. Лучше использовать что-нибудь провереное. Обычный плавкий предохранитель по цепи питания, нужного номинала, спасает акустику при пробое оконечников, если конечно его на гвоздь не поменяли.

Даже если защиты нет, предохранитель сгорит раньше нч динамика. Phisik 11 сентября , 0. Это только если предельно допустимый непрерывный ток АС больше тока срабатывания предохранителя, то есть если АС с заметным запасом по мощности взяты. А по поводу КЗ в нагрузке, то, как говорится, выходные транзисторы сгорят первыми, надежно защищая дорогостоящие предохранители. НО по-моему она старее и китайцы её не используют.

Почему эта плата лучше платы из обзора? Чем мозги правильнее? НУ или вот ещё по теме datagor. Phisik 10 сентября , 0. Так же нет защиты от КЗ в нагрузке. В обзор для полноты желательно добавить принципиальную схему защиты. Без нее обзор не полный. У этой защиты есть особенность — земли двух каналов АС соединятся на плате около реле. Если у вас есть БП регулируемым напряжения, попробуйте определить мин.

Как по качеству установленных реле? Трансформатора с вторичкой В я не нашел, подал 12В постоянки для питания платы защиты сразу после Можно было и на вход диодного моста постоянку 12 В подать. Все ок. Защита будет работать. Если усилок питается от В можно прямо к БП усилка подключать. Обеспечить только чтобы по земле на АС не было петли.

Щелкают вроде исправно. Зажали схему это понятно! У меня усилок без такой защиты спалил S, оба динамика пшикнули. Отличная защита. Theo 11 сентября , 0. От этого такая защита может и не помочь. Подскажите, комрады, целесообразно ли применять такие в авто? Для автор не видел, там же предохранители. Устройства защиты акустики, собранные на транзисторах, явно задержались где-то в середине прошлого века.

Давно уже подобные устройства делаются на компараторах и обладают гораздо лучшими и предсказуемыми характеристиками.

Пример — vpayaem. YDM 26 января , 0. Stils 19 апреля , 0. У меня не заводятся такая схема защиты от бп на 12 вольт 1 а как в указанно в посте — горит светодиод при включении, а реле не отщелкивают. Напряжения мало?

Защита от переменки питается. Если питать постоянкой что моно делать — то плата и реле заводиться от Разобрался можно в обход диодного моста подать на ютубе есть видео. Я так и делаю. Но на диодах будет падение напряжения около 1В. Поэтому лучше чуть больше постоянки подавать.

Напомнить пароль Авторизация. Войти Регистрация Запомнить меня. Самые обсуждаемые топики. О сайте. Последние сообщения на форуме. Консолидация посылок и отправка «одной коробкой» 12 October , Обострение спора на Aliexpress. Требуется помощь. Разделы сайта. Блоги Магазины. Публикации Комментарии. Блоги Магазины Люди. Правила сайта Помощь по сайту Рейтинги Призы на сайте.

Соглашение с пользователем Email: support [at] mysku. Обзоры товаров Скидки каждый день. Главная страница Поиск по сайту Полная версия.

Плата аудио усилителя на TA Возрождение Одиссея Дачный радиоприемник Китайская 2Din plus магнитола. Установка её в Москвич Переделываем китайские БП под европейскую вилку «по уму» Делаем ламповую bluetooth колонку из советской радиолы Ригонды х годов Проточный электронагреватель воды

Плата защиты акустики

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Xiaomi MI9 SE. Установка её в Москвич. Зарегистрироваться Логин или эл.

Теория и практика устройств защиты акустических систем. системы защиты акустики от постоянного напряжения, это не означает, что все в порядке.

Защита акустических систем (5 вариантов схем)

Кроме того, данная схема обеспечивает задержку подключения акустической системы к усилителя для устранения слышимых переходных процессов хлопков динамиков и других неприятных звуков при включении усилителя. Кратко перечислю особенности и технически характеристики данной схемы: — независимая защита для каждого из двух каналов усилителя. Рассмотрим принцип действия схемы на примере одного из каналов устройства защиты верхнего по схеме. При нулевом постоянном напряжении на входе схемы, оба входных транзистора VT2 и VT4 полностью закрыты. Открывшийся транзистор шунтирует собой конденсатор С3 и база-эмиттерный переход транзистора VT6, что приводит к его закрытию, исчезновению напряжения на катушке реле и размыканию контактов К1. Акустическая система отключается от выхода усилителя мощности. В зависимости от величины имеющегося напряжения источника питания, которое будет использовано для питания защиты, целесообразно выбирать реле с катушкой либо на 12, либо на 24В. Это необходимо для снижения рассеиваемой мощности на транзисторе стабилизатора напряжения VT1 , который обязательно должен быть установлен на небольшом теплоотводе.

Схемы защиты громкоговорителей акустических систем

Практически все мощные усилители звука, выполненные на транзисторах или на микросхемах, несут в себе опасность вывода из строя нагрузки, которой являются акустические системы АС. В случае пробоя транзисторов выходного каскада постоянное напряжение начинает поступать прямо на динамики колонок. Секунды достаточно, чтобы катушка динамической головки сгорела, а стоимость хороших АС может даже превышать цену самого усилителя ЗЧ. Микросхема с защитой иногда тоже может сжечь звуковые катушки динамиков в том случае, когда детали защиты и выходной каскад уже сгорели.

Не уберёг-таки красавицу, не спас семейный бюджет.

Схема защиты АС

В гостях у Александра Клячина. Забыли пароль? Страниц 1 : [1]. Без описания. Поиск в теме Версия для печати.

Простая и надежная защита АС

Для чего собственно нужна такая плата — для защиты акустики от постоянного напряжения на выходе усилителя (такое может быть.

Схема защиты АС

Неотъемлемой частью современного усилителя мощности является устройство защиты акустических систем АС. Это неудивительно, если учесть, что стоимость современных топовых АС достигает 1 млн. Если такие колонки сгорят, то будет немного жаль В радиолюбительской практике при сборке и настройке усилителя мощности система защиты АС также лишней не будет, чтобы после настройки не пришлось покупать новые колонки.

Защита акустических систем от постоянного напряжения на выходе усилителя под названием «Бриг» скопированная из одноименного усилителя выпускавшегося советской промышленностью уже долгие годы знакома многим радиолюбителям. За эти долгие годы данная схема зарекомендовала себя с лучшей стороны спасая сотни и тысячи акустических систем. Схема отличается надежностью и простотой. Схема представленная мной ниже является одной из вариаций на тему «бриговской» защиты.

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве.

В улучшенном усилителе Василича я отказался от блока питания с плавающей средней точкой, что позволило значительно улучшить качество воспроизведения низких частот. Вместе с тем, в случае каких-либо неисправностей на выходе усилителя может появиться постоянное напряжение, которое выведет из строя дорогостоящий низкочастотный динамик акустической системы. В стереофонический усилитель необходимо изготовить две таких схемы по одной на каждый канал. Потребляемый ток — до мА все зависит от сопротивления обмотки реле. При включении усилителя через сопротивление R2 кОм заряжается конденсатор С3.

Вижу, что тема защиты акустических систем АС стала интересна читателям. Как и обещаю выкладываю схему, которую я использую. Постараюсь изложить теорию попроще , чтобы было понятнее начинающим и смогли почерпнуть что то новое.

Блок питания постоянного тока Шумоподавление и измерение | Артикул

Ralf Ohmberger

СКАЧАТЬ PDF

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц часто слышен легкий свист. Откуда берется слышимый шум и как его уменьшить или устранить? В этой статье будут описаны простые способы предотвращения шума при измерении и разработке приложения. Читайте дальше, чтобы найти общие слабые места в существующих или планируемых конструкциях печатных плат для цепей питания постоянного тока.

Введение

Распространено мнение, что многослойные керамические конденсаторы (MLCC) или цепи питания постоянного тока вызывают слышимый шум, но это не так. Шум создается печатной платой, а не компонентами.

На рис. 1 показаны три типичные оценочные платы. Шум этих компонентов, а также влияние размера печатной платы и ее монтажа рассматриваются в этой статье шаг за шагом.

Рисунок 1: Оценочные платы ⁽¹⁾

Примечание:

Слева направо: MPQ4590, неизолированный стабилизатор на 640 В с выходным током до 400 мА от MPS; MPQ4316, 45 В, 6 А, низкий I _Q, синхронный понижающий преобразователь с частотным расширением спектра от MPS; MPQ4572, 60 В, 2 А, высокоэффективный, полностью интегрированный синхронный понижающий преобразователь от MPS.

Источник вибрации

При изменении напряжения на керамическом конденсаторе MLCC из-за пьезоэлектрического эффекта геометрия этого конденсатора изменяется, что приводит к вибрации (см. рис. 2) .

Рис. 2. Вибрации MLCC

Как возникает шум на печатной плате и какие компоненты цепи питания постоянного тока за это отвечают?

Изменение напряжения в керамическом конденсаторе (MLCC) вызывает вибрацию. Вибрации хорошо слышны в чувствительном к речи диапазоне частот (от 0,1 кГц до 7 кГц). Вибрация передается на печатную плату через паяные соединения. Затем печатная плата издает слышимый шум, сравнимый с мембраной громкоговорителя.

На рис. 3 показаны типичные компоненты цепи источника питания постоянного тока. MLCC и размеры печатной платы являются ключевыми факторами слышимого шума, поскольку другие компоненты не издают шума.

Рис. 3: MLCC — источник вибрации, печатная плата — источник шума

Не все MLCC ведут себя одинаково. Пьезоэлектрический эффект имеют только высокопроизводительные MLCC класса II и класса III. Конденсаторы других типов, литые катушки индуктивности, резисторы и интегральные схемы не демонстрируют каких-либо изменений геометрии под нагрузкой. Это означает, что другие компоненты являются незначительными источниками шума (см. Таблицу 1) .

	MLCC Class I NPO, COG	MLCC Класс II, III X7R, X5R, Y, Z	MLCC Class II, III Interposer Type, Metal Strip	Электролитические танталовые органические конденсаторы	Индуктивность переключения (литая)	Ферритовые кольца, резисторы, преобразователи постоянного тока
Стимул	№	Да	Демпфированный	№	№	№

Таблица 1: Классификация компонентов в слышимых и неслышимых системах

Источник питания постоянного тока в FCCM или AAM

Цепь источника питания постоянного тока, работающая в режиме принудительной непрерывной проводимости (FCCM), создает слышимый шум только в пределах чувствительного к речи звука. частотный диапазон (например, импульсы GSM или другие периодические нагрузки). Высокая частота коммутации постоянного тока не слышна.

Когда цепь питания постоянного тока работает в расширенном асинхронном режиме (AAM), частоты переключения в режиме легкой нагрузки могут находиться в нижнем диапазоне кГц ниже 20 кГц. Частоты переключения AAM не являются фиксированными частотами; они случайны, что снижает слышимость. AAM активен только при токах малой нагрузки, когда обычно нет сильного стимула и, следовательно, редко бывает шум.

Сравнение трех механических систем

Слышимый шум на печатной плате создается так же, как звук создается на струнном инструменте (см. рис. 4) .

Рисунок 4: Звуки и музыка печатной платы

Эта теория более подробно описана ниже:

Стимул: Система получает входной сигнал, называемый стимулом. Человеческое ухо наиболее чувствительно в диапазоне частот от 2 кГц до 5 кГц, что находится в том же диапазоне, что и резонансная частота многих печатных плат. Форма волны стимула подобна пальцу, играющему на гитаре, или молотку, ударяющему по аккорду. Он действует как импульс Дирака, и многие компоненты вносят свой вклад в частоту, например резонанс печатной платы, воздействие стимула на струну и отклик печатной платы со слышимой основной частотой и обертонами. Самый громкий шум возникает, когда MLCC вибрирует с частотой, равной резонансной частоте печатной платы.
Вибрация: Вибрация передает силу в движение. Вибрация MLCC на открытом воздухе не слышна, так как вибрирующая поверхность слишком мала. Это движение похоже на то, как вибрирующий инструмент или струну трудно услышать без усиления.
Мост: Вибрации передаются на деку. Мост (паяный переход) передает колебания. MLCC с металлическими полосками припоя или промежуточной подложкой гасят передаваемую энергию вибрации.
Дека: Дека преобразует вибрацию в слышимый шум. Печатная плата действует как дека, сравнимая с мембраной громкоговорителя.

Измерение шума печатной платы с помощью микрофона

Акустический шум и резонансную частоту цепи питания постоянного тока и монтажа на печатной плате можно измерить с помощью микрофона и небольшого предмета, создающего импульсы Дирака. Хорошим выбором является конденсаторный микрофон, который менее чувствителен к магнитному полю MLCC, чем динамический микрофон.

Палочка из твердого пластика или пластиковый пинцет можно использовать в качестве простого механического стетоскопа, чтобы легче было услышать слышимый шум (см. рис. 5) . Металлические предметы издают более громкий шум, что может помочь в поиске точек с более высокой амплитудой вибрации.

Рис. 5: Установка для измерения звукового шума

Сравнение измерений микрофона с питанием и микрофона без питания показывает, что резонансная частота печатной платы точно такая же (см. рис. 6) .

Состояние питания: PCB возбуждается электрическим сигналом. Шаг нагрузки 250 Гц вызывает вибрацию MLCC, которая возбуждает печатную плату на частоте 39 Гц.Резонансная частота 00 Гц.

Состояние без питания: печатная плата возбуждается механическим ударом, и короткий толчок пластиковой палочкой вызывает механическую вибрацию печатной платы с резонансной частотой 3900 Гц.

Тип возбуждения, будь то механическое или электрическое, не влияет на резонансную частоту печатной платы. Испытание на механический удар может показать акустическое поведение тестовой печатной платы, которая ведет себя аналогично печатным платам более поздних серий, если размеры и точки крепления сопоставимы.

Рис. 6: Измерение полностью собранной печатной платы SMT размером 9 см x 4 см с помощью MPQ4572 MPQ4572

Измерение шума печатной платы с помощью поворотного стола и микрофона

Если пьезоэлектрический акселерометр недоступен, поворотный стол является простой альтернативой, которая может точно измерить горизонтальную вибрацию на алмазе (см. рис. 7) . Если движущийся магнит или картридж с подвижной катушкой являются единственными измерениями без питания, магнитное поле тока конденсатора искажает сигнал. Для измерения вибраций лучше использовать кварцевый картридж. В то время как микрофон измеряет интеграл, картридж или пьезоэлектрический акселерометр измеряют определенную точку.

Рис. 7: Двухсторонняя многослойная печатная плата размером 9 см x 9 см с резонансной частотой 2166 Гц

Микрофоны показывают второе касание молотка и механический отскок во время удара молотком. Большая амплитуда картриджа показывает горизонтальное движение печатной платы и картриджа с тонармом. Печатная плата здесь поддерживается с двух сторон и свободна над резиновым ответным элементом проигрывателя.

Рис. 8: Установка для измерения между слышимым шумом и одноточечной вибрацией

Таблица 2 перечисляет разные резонансные частоты в разных условиях.

Размер платы	Состояние	Резонансная частота
4 см x 4,5 см	Прижат с усилием лежа на резиновом коврике поворотной платформы	5690 Гц
4 см x 4,5 см	Лежа на резиновом коврике поворотного стола	5058 Гц
4 см x 4,5 см	Две стороны поддерживаются	4552 Гц
9 см x 9 см	Лежа на резиновом коврике поворотного стола	3742 Гц
6 см x 6 см	EVQ4590 свободно лежащий	3506 Гц
9 см x 9 см	EVQ4316 свободно лежащий	2395 Гц
9 см x 9 см	Две стороны поддерживаются	2166 Гц

Таблица 2: Резонансная частота в зависимости от размера печатной платы

Во время практического проектирования механическая модель печатной платы в состоянии предварительного проектирования может использоваться для первых измерений. Установите печатную плату в корпус перед измерением резонансной частоты и измерьте их вместе.

Наложенные частоты вибрации и функция передачи вибрации печатной платы

Расчет быстрого преобразования Фурье (БПФ) токов нагрузки (см. рис. 9) и сравните эти значения с резонансной частотой модели печатной платы. Проверьте, достигает ли расчетная частота резонансной частоты печатной платы.

Рис. 9: Быстрое преобразование Фурье (БПФ) прямоугольной волны 250 Гц

Плата имеет функцию передачи вибрации, которая приблизительно соответствует механической резонансной системе второго порядка. Он состоит из массы и жесткости пружины, определяемых размером печатной платы и жесткостью (см. рис. 10) .

Рис. 10: Упрощенная функция передачи вибрации печатной платы

Наложите БПФ на функцию передачи вибрации печатной платы, затем проверьте совпадение частот с резонансом печатной платы. Учитывайте механическую конструкцию и следите за тем, чтобы большие амплитуды вибрации не достигали области резонансной частоты.

Как уменьшить шум в цепи питания постоянного тока

В районе резонансной частоты печатной платы отчетливо слышны вибрации. Избегайте перекрытия частот вибрации и резонансной частоты.

Для большинства печатных плат невозможно изменить электрическое возбуждение, но печатную плату можно изменить следующими способами, чтобы избежать акустического шума: частоты вибрации. Больше точек крепления увеличивает резонансную частоту печатной платы.

Увеличьте демпфирование печатной платы и используйте точки крепления с мягкими демпфирующими материалами (например, пластик, резина).

Меньший размер печатной платы увеличивает резонансную частоту.

Большая площадь контакта с демпфирующим материалом увеличивает демпфирование и снижает слышимый шум.

Заключение

Изменение напряжения на керамическом конденсаторе MLCC вызывает изменение его геометрии за счет пьезоэлектрического эффекта, что приводит к механическому движению. Эта вибрация, создаваемая в MLCC, передается на печатную плату через паяные соединения, которые могут усиливать ее слышимым образом, подобно мембране динамика. Частотные составляющие вибрации, размеры печатной платы, ее масса, жесткость пружины и тип установки определяют, будет ли генерироваться слышимый шум.

При разработке крепления для печатной платы постоянного тока позаботьтесь о том, чтобы прикрепить печатную плату к множеству распределенных точек крепления, чтобы увеличить резонансную частоту. Крепление вибропоглощающими материалами снижает качество резонансной частоты. Избегайте частот вибрации, которые могут возбудить резонансную частоту печатной платы. Разработчики аппаратного обеспечения должны учитывать, не отвлекает ли слышимый шум на печатной плате, например, от телефона или монитора в тихой обстановке.

Должен быть определен частотный спектр, ожидаемый в MLCC, обусловленный профилем электрической нагрузки. Необходимо оценить резонансное поведение запланированной, собранной печатной платы. Обладая этими знаниями, можно заранее оптимизировать механику схемы источника питания постоянного тока и конструкцию печатной платы.

Методы, описанные в этой статье, могут помочь инженерам оценить, вероятны ли проблемы с акустикой, и сэкономить несколько разработок печатных плат.

_________________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц!

Меры против акустического шума в силовых индукторах | Руководство по решению | Техническая библиотека

Руководство по решениям

Такие продукты, как ноутбуки и планшетные ПК, смартфоны, телевизоры и автомобильные электронные устройства, иногда издают высокие звуки во время работы. Это явление, известное как «акустический шум», иногда вызывается пассивными компонентами, включая конденсаторы и катушки индуктивности. Механика акустического шума у конденсаторов и катушек индуктивности различна, но акустический шум в катушках индуктивности особенно сложен, поскольку он включает в себя сочетание факторов. В этой статье представлены некоторые причины и эффективные меры против акустического шума в силовых индукторах, которые являются основными компонентами силовых цепей таких устройств, как преобразователи постоянного тока.

Содержание
Причины акустического шума в силовых индукторах
Механика колебаний основных корпусов силовых индукторов и усиление звуков и шумов
Меры против акустического шума в силовых индукторах
Причины акустического шума в силовых индукторах
Такие факторы, как прерывистая работа, частотно-переменные режимы и изменения нагрузки вызывают колебания слышимых частот
Звуковые волны — это упругие волны, которые проходят через воздух и человек слышит в частотной области от 20 до 20 кГц. Основные корпуса силовых индукторов DC-DC преобразователей вибрируют при протекании переменных токов и импульсных волн частот в слышимом диапазоне, что приводит к возникновению акустического шума, который иногда называют «завыванием катушки» (рис. 1).
Рисунок 1: Механизм акустического шума в силовых индукторах
Силовые индукторы преобразователей постоянного тока являются одной из причин появления звуков и шумов наряду с повышением производительности электронных устройств. Преобразователи постоянного тока обеспечивают стабильные постоянные токи фиксированного напряжения за счет создания импульсных токов из состояний ВКЛ/ВЫКЛ с помощью переключающих элементов и управления длительностью (шириной импульса) времени включения. Это известно как «ШИМ (широтно-импульсная модуляция)» и широко используется в качестве основного метода для преобразователей постоянного тока.
Однако частоты переключения DC-DC преобразователей высоки, от нескольких сотен кГц до нескольких МГц, и колебания этих частот не слышны, так как звуки и шумы превышают слышимый человеком диапазон. Это оставляет вопрос о том, почему силовые катушки индуктивности преобразователей постоянного тока генерируют акустические шумы.
Существует несколько возможных причин, но одной из основных может быть прерывистая работа преобразователя постоянного тока для экономии заряда батареи или переключение преобразователя постоянного тока с метода ШИМ на метод ЧИМ (импульсно-частотная модуляция) и запуск в режиме переменной частоты. На рис. 2 показаны основные принципы метода PWM и метода PFM.
Рис. 2. Метод ШИМ (широтно-импульсная модуляция) и метод ЧИМ (частотно-импульсная модуляция)
Акустический шум от прерывистой работы преобразователей постоянного тока, например, во время диммирования ШИМ
Включены прерывистые операции преобразователей постоянного тока в таких областях, как функции автоматического затемнения подсветки жидкокристаллических дисплеев в мобильных устройствах с целью, например, экономии энергии. Это система, в которой срок службы батареи продлевается за счет автоматического уменьшения яркости подсветки в соответствии с освещенностью окружающей среды.
Существует несколько методов диммирования, но тот, который контролирует продолжительность периода, в течение которого светодиодный свет включается и выключается, известен как «ШИМ-диммирование». Система диммирования по методу ШИМ используется для подсветки таких устройств, как ноутбуки и планшетные ПК, из-за их преимуществ, включая минимальные изменения цветности из-за диммирования.
ШИМ-диммирование — это метод регулировки яркости путем прерывистой работы преобразователя постоянного тока на относительно низкой частоте около 200 Гц и повторения цикла включения-выключения. Яркость увеличивается, если время освещения увеличивается, и уменьшается, если оно сокращается. Во время прерывистой работы на частоте около 200 Гц мерцание подсветки очень слабое, что можно заметить глазами. Однако это слышимая частота, поэтому основной корпус силового индуктора, установленный на подложке, может вибрировать и генерировать акустический шум из-за воздействия протекающего тока при прерывистой работе.
Примечание. Коэффициент заполнения
В преобразователях постоянного тока отношение периода переключения (время включения + время выключения переключающих элементов) к времени включения называется «коэффициентом заполнения». В случае ШИМ-управления яркостью светодиодов время включения света / (время включения + время выключения света) является коэффициентом заполнения и указывает степень яркости.
Акустический шум от преобразователей постоянного тока в частотно-регулируемом режиме
Преобразователи постоянного тока, работающие по методу ШИМ, имеют высокий КПД 80 — 90% или более при нормальной работе. Однако эффективность значительно падает при низких уровнях нагрузки, например, в режиме ожидания. Коммутационные потери пропорциональны частоте. Таким образом, эффективность падает, поскольку возникают постоянные потери при переключении даже при низких уровнях нагрузки.
Для решения этой проблемы используется преобразователь постоянного тока, который автоматически переключается с метода ШИМ на метод ЧИМ при низких уровнях нагрузки. Метод PFM — это метод управления частотами коммутации в соответствии с уменьшением нагрузки при неизменном времени включения. Частота коммутации постепенно уменьшается, когда время выключения увеличивается, потому что время включения постоянно. Эффективность при низких уровнях нагрузки увеличивается при снижении частоты, поскольку потери при переключении пропорциональны частоте. Однако в мощном индукторе может быть акустический шум, если пониженная частота достигает диапазона примерно от 20 до 20 кГц, что является слышимой частотой.
Акустический шум, вызванный нагрузкой
Мобильные устройства, такие как ноутбуки, используют различные технологии энергосбережения для экономии заряда батареи, но иногда это является причиной акустического шума в индукторах. Например, ЦП портативных ПК имеют режим, который периодически изменяет токи потребления, чтобы сбалансировать как низкое энергопотребление, так и вычислительную мощность, но это может повлиять на дроссель мощности и вызвать акустический шум, если этот период соответствует слышимой частоте.
Примечание. Роль силовых катушек индуктивности в преобразователях постоянного тока
Катушки индуктивности обеспечивают плавное протекание постоянного тока, но они генерируют электродвижущую силу в направлении, сдерживающем изменения от самоиндуцированных эффектов, и ведут себя как сопротивление, когда речь идет об изменяющихся токах. например переменного тока. Это когда катушки индуктивности преобразуют электрическую энергию в магнитную энергию и сохраняют ее, или превращают ее в электрическую энергию и излучают ее. Величина этой энергии пропорциональна значениям индуктивности катушек индуктивности.
Силовые катушки индуктивности, также известные как силовые катушки или силовые дроссели, являются основными компонентами, используемыми в силовых цепях, работающих по методу переключения в таких устройствах, как преобразователи постоянного тока, и они играют роль сглаживания высокочастотных импульсов, создаваемых ВКЛ. /OFF состояния переключающих элементов посредством согласования с конденсаторами.
В силовых индукторах силовых цепей протекают большие токи, поэтому типы обмоток являются основными. Высокие значения индуктивности и меньшие размеры могут быть достигнуты при меньшем числе витков за счет использования в сердечниках магнитопроводов с высокой магнитной проницаемостью (ферриты и магнитомягкие металлы). На рис. 3 показана базовая схема преобразователей постоянного тока (неизолированный тип/метод прерывателя) с использованием силовых катушек индуктивности.
Рисунок 3: Принципиальная схема преобразователей постоянного тока (неизолированный тип/метод прерывателя)
Механика колебаний в основных корпусах силовых индукторов и усиление звуков и шумов
Вибрации, возникающие в основных корпусах Силовые индукторы генерируют акустический шум за счет втекающих токов частот в слышимом диапазоне. Ниже приведены причины вибраций и причины усиленных звуков и шумов.
Причины вибрации
(1) Магнитострикция (магнитная деформация) магнитопровода
(2) Притяжение за счет намагничивания магнитопровода
(3) Вибрации в обмотке из-за потока рассеяния
Причины усиленных звуков и шумов
(1) Контакт с другими компонентами
(2) Воздействие на окружающие магнитные тела из-за потока рассеяния
(3) Согласование с собственными частотами вибрации всего комплекта, включая подложки
На рис. 4 показаны причины вибраций, вызывающих акустический шум в силовых индукторах, и причины усиленных звуков и шумов. Ниже приводится объяснение основных причин.
Рисунок 4: Причины вибраций, вызывающих акустический шум в силовых индукторах, и причины их усиления быть незначительными изменениями внешней формы, если магнитное тело подвергается воздействию магнитного поля и намагничивается. Это явление известно как «магнитострикция» или «магнитная деформация». Катушки индуктивности с сердечниками из магнитных тел, таких как ферриты, расширяются и сжимаются из-за магнитных полей переменного тока, создаваемых обмоткой, и возникающие в результате вибрации иногда могут быть обнаружены как звук.
Рисунок 5: Магнитострикция (магнитная деформация) магнитных тел
Магнитные тела представляют собой массы небольших площадей, известные как «магнитные домены» (Рисунок 5). Направление магнитных моментов атомов внутри магнитных доменов находится в унисон, поэтому магнитные домены представляют собой микромагнетики, в которых спонтанные намагниченности направлены на постоянные, но магнитные тела в своей совокупности не проявляют характеристик магнитов. Это связано с тем, что множество магнитных доменов, составляющих магнитные тела, расположены так, что спонтанные намагниченности компенсируют друг друга и кажутся размагниченными.
Диапазоны магнитных доменов изменяются, если эти магнитные тела в размагниченном состоянии подвергаются воздействию магнитных полей извне, потому что каждый магнитный домен пытается расположиться таким образом, чтобы направления спонтанных намагниченностей были обращены в ту же сторону, что и внешнее магнитное поле. поля. Это вызвано смещением магнитных стенок, которые являются границами между магнитными доменами. Преобладающие магнитные домены расширяются по площади по мере намагничивания до тех пор, пока на конце не останется один магнитный домен, обращенный в том же направлении, что и внешнее магнитное поле (в состоянии насыщенной намагниченности). Во время этого процесса намагничивания на атомном уровне происходят мельчайшие изменения положения, поэтому магнитострикция, то есть изменения внешней формы магнитных тел, происходят на макроуровне.
Изменения внешней формы из-за магнитострикции очень малы и составляют всего от 1/10 000 до 1/1 000 000 первоначальных размеров, но магнитные тела многократно расширяются и сжимаются, вызывая вибрации, когда они намотаны катушками и протекают переменные токи, как показано на рис. Рис. 5. Поэтому колебания в магнитопроводах, вызванные магнитострикцией, не могут быть устранены даже в силовых индукторах. Вибрации в одиночных силовых индукторах будут усиливаться и могут быть слышны как акустический шум, даже если они находятся на низком уровне, если они соответствуют собственным частотам вибрации подложек при их установке.
Причина вибрации (2): Взаимное притяжение из-за намагничивания магнитного сердечника
Рисунок 6: Акустический шум из-за взаимного притяжения между
сердечником барабана и экранированным сердечником
Магнитные тела проявляют характеристики магнитов и становятся взаимно притягиваются окружающими магнитными телами, когда они намагничиваются из-за внешних магнитных полей. На рис. 6 показан пример силового индуктора с полным экранированием. Это силовой индуктор с замкнутым магнитным путем и имеет зазор между сердечником барабана и экранированным сердечником (кольцевым сердечником), где генерируются звуки и шумы. Это результат того, что намагниченный сердечник барабана и экранированные сердечники притягиваются друг к другу за счет магнитной силы из-за магнитных полей, создаваемых протеканием переменного тока в обмотке, и звуки и шумы можно услышать, если колебания находятся в диапазоне слышимых частот.
Зазоры между сердечником барабана и экранированным сердечником закрыты клеем, но вибрации, возникающие из-за взаимного притяжения, не могут быть полностью подавлены, потому что слишком твердые материалы могут создавать трещины из-за напряжения и поэтому не могут использоваться для этой цели.
Причина вибраций (3): Вибрации в обмотке из-за потока рассеяния
Вышеупомянутый акустический шум от взаимного притяжения между сердечником барабана и экранированным сердечником из-за намагничивания является проблемой, которая не возникает с неэкранированным типом силовые катушки индуктивности, не имеющие экранированных сердечников. Однако с неэкранированными типами возникает другая проблема. Поток рассеяния действует на обмотку, потому что неэкранированные типы имеют открытые магнитные пути. Сила действует на обмотку в соответствии с правилом левой руки Флеминга, потому что по ней протекают электрические токи. Поэтому сама обмотка может вибрировать и вызывать акустический шум, если через обмотку протекают переменные токи (рис. 7).
Рисунок 7: Вибрации обмотки из-за потока рассеяния
Причины усиленных звуков и шумов
Причины усиленных звуков и шумов (1) Контакт с другими компонентами катушки индуктивности контактируют с другими компонентами в подложках силовых цепей, подвергшихся монтажу высокой плотности в большом количестве электронных компонентов и устройств.
Причины усиленных звуков и шумов (2) Воздействие на окружающие магнитные тела из-за потока рассеяния
Если рядом с индуктором находится магнитное тело, такое как защитная крышка, это может вызвать акустический шум из-за вибраций, вызванных потоком рассеяния индуктора.
Причины усиленных звуков и шумов (3) Совпадения с собственными частотами колебаний целых наборов, включающих подложки индукторы. Однако, если индуктор сформирован из комбинации нескольких частей и установлен на подложке, будут генерироваться несколько слышимых собственных частот вибрации, вызывающих акустический шум, поскольку вибрации усиливаются. Кроме того, согласование с несколькими собственными частотами вибрации во всем наборе может генерировать акустический шум после внедрения в набор.

На рис. 8 показаны примеры колебаний подложек, установленных на силовых индукторах, проанализированных с помощью компьютерного моделирования с использованием МКЭ (метода конечных элементов). Была использована модель анализа, в которой силовой индуктор располагался в центре подложки (FR4) и две поверхности длинных сторон подложек были закреплены.
Обычно существует много характерных значений (собственных частот колебаний), при которых конструкции резонируют, и существуют различные режимы вибрации, соответствующие им. Даже с этой моделью анализа [мощный индуктор + подложка] различные режимы вибрации появляются для каждой собственной частоты вибрации по мере того, как частоты становятся выше. Силовой индуктор считается источником колебаний в первичном, вторичном, пятеричном и октоденарном режимах вибрации, показанных на рисунке 8. Частота вибрации основного режима примерно такая же, как частота вибрации одиночного силового индуктора. . Однако следует отметить, что во вторичном режиме, когда вибрация в направлении Z (в направлении высоты) значительна, частоты кажутся чрезвычайно низкими, когда силовой индуктор прикреплен к подложке, в то время как при использовании одного силового индуктора они кажутся высокими.
Рис. 8: Примеры вибраций [силовой индуктор + подложка], проанализированные с помощью компьютерного моделирования
Силовой индуктор расположен в центре подложки (FR4).
Граничное условие: Две поверхности длинных сторон подложек зафиксированы.
Основной режим: 2034 Гц
Дополнительный режим: 2262 Гц
Пятикратный режим: 4048 Гц
Октоденарный режим: 16226 Гц
Меры против акустического шума в силовых индукторах
Ниже приведены пункты по мерам против акустического шума в силовых дросселях преобразователей постоянного тока.
Пункт 1: Не допустить протекания токов слышимых частот
Не допустить протекания токов слышимых частот — самая основная мера.
Тем не менее, попробуйте меры по глушению, такие как перечисленные ниже, если нельзя избежать передачи слышимых частот, например, в случае прерывистой работы или преобразователей постоянного тока в частотно-регулируемый режим с целью экономии энергии.
Пункт 2: Не размещайте магнитные тела в близлежащих областях
Не размещайте магнитные тела, на которые может повлиять поток рассеяния (например, крышки экранов), рядом с индукторами. Если их необходимо расположить близко друг к другу, обратите внимание на направление их массивов при выборе экранированных типов с низким потоком рассеяния (с замкнутыми магнитными путями).
Пункт 3: Сдвиг собственных частот вибрации
Сдвиг или увеличение собственных частот вибрации иногда может уменьшить акустический шум. Например, собственные частоты колебаний целых комплектов, включающих подложки, можно изменять, изменяя такие условия, как форма, тип и расположение индукторов, а также крепление подложек. Кроме того, генерация акустического шума может быть обнаружена в индукторах относительно большой мощности размером около 7 мм или более. Использование компактных силовых индукторов размером размером 5 мм или меньше повышает частоту собственных колебаний и иногда может снизить акустический шум.
Пункт 4: Замена на цельнолитой металлический тип
Как указано выше, акустический шум может генерироваться в зазорах с полностью экранированными силовыми индукторами из-за взаимного магнитного притяжения между сердечником барабана и экранированным сердечником. Вибрации проводов из-за потока рассеяния также могут вызывать акустический шум в силовых индукторах неэкранированного типа.
Замена на металлические отливки является эффективным решением таких проблем с акустическим шумом, как силовые индукторы. Это силовые индукторы, в которых катушки с воздушным сердечником засыпаны и отлиты из магнитомягкого металлического порошка. Проблемы вибрации в обмотке из-за потока можно избежать, поскольку между сердечниками нет взаимного притяжения, поскольку нет зазоров, а также поскольку катушки объединены с магнитными телами и закреплены. Кроме того, поскольку в продуктах TDK используются металлические магнитные материалы с низким уровнем магнитострикции, вибрации, вызванные магнитострикцией, можно контролировать, и можно ожидать снижения акустического шума путем замены неэкранированных и полностью экранированных типов.
Сравнение акустического шума в полностью экранированных типах и типах с цельным металлическим литьем
Мы провели исследование состояния генерации звуков и шумов с полностью экранированными и полуэкранированными силовыми индукторами (изделия TDK размером около 6 мм). ) и полностью экранированные и цельнолитые металлические силовые индукторы (изделия TDK размером около 12 мм) в качестве образцов для измерений. Микрофон был помещен в безэховую камеру, и пиковое акустическое давление было зарегистрировано с разверткой слышимых частот от 20 Гц до 20 кГц с распределением мощности в течение 60 секунд при 0 А до синусоидальных волн номинального тока с использованием измерительных образцов, установленных на подложках (рис. 8). .
Как видно из графиков, уровни акустического давления различаются в зависимости от частоты при сравнении типов с полным и полуэкранированным экраном.
Различия значительны при сравнении полноэкранированных типов и типов с цельным металлическим литьем. Звуки и шумы на уровне от 30 до 50 дБ генерируются в широком диапазоне частот с полностью экранированными типами. С другой стороны, у типов с металлическим литьем они поддерживают такие же низкие уровни фонового шума в широком диапазоне частот, при этом пиковые части также контролируются на уровне около 20 дБ по сравнению с типами с полным экраном. Можно видеть, что замена на цельнометаллические молдинги эффективна, так как контроль уровня 20 дБ находится на уровне 1/10.
Рисунок 9: Оценка шумов и звуков для каждого типа силового индуктора
Условия привода
Размер подложки 100x40x1,6 мм
Расстояние до микрофона 300 мм
Частота развертки от 20 Гц до 20 кГц
Время цикла 60 секунд
Текущий Номинальный ток
Силовые катушки индуктивности цельнолитого металлического типа от TDK эффективно снижают акустический шум и оптимальны в таких ситуациях, как, например, когда их необходимо разместить вблизи сигнальных линий, поскольку они имеют чрезвычайно низкий поток рассеяния.