Bir arabada otururken yaşadığımız motor gürültüsü tamamen normaldir. Sonuçta, motor bölmesi içinde hareketli parçalar bulunan bir makine içerir. Hatta bazılarımız bu gürültüyü çok hoş olarak tanımlar. Aslında, otomobil ve diğer ürün üreticilerinin aslında, zevkli ses deneyimleri yaratma - yaratma - üzerinde uğraşmaya adanmış tüm araştırma departmanları var.
Ancak, anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS) ile farklı bir durumdur. Uğultu veya sızlanma gibi sesler bir uyarı sinyali olarak bile yorumlanabilir. Güç kaynakları çok sayıda elektronik bileşenden oluşsa da, çalışırken hiçbir şey hareket etmemelidir. Bu nedenle herhangi bir gürültü olmamalı, değil mi?
AC güç kaynaklarından gelen rahatsız edici gürültünün en yaygın nedeni, tipik olarak düşük frekanslı 100 veya 120 Hz uğultuya neden olmak için kullanılır. Güç kaynakları karmaşıklıkları ve yapıları açısından ilerledikçe, onlardan yayılan ses dalgalarının aralığı da değişti. Ancak, duyulabilir seslerin çoğu endişe kaynağı olmamalıdır.
Algı ve Etki
İnsanlar, 16 Hz ila yaklaşık 20 kHz frekans aralığında ses dalgalarını duyabilir (şekil 1). Ancak bir sesin dikkat dağınıklığına veya tahrişe neden olup olmadığı, aynı zamanda o sesin üretildiği ortamda algılanmasına da bağlıdır.
Duyulabilir gürültü üreten bir endüstriyel güç kaynağı ünitesi, muhtemelen insanlar için gerçek bir sorun teşkil etmez, çünkü çevredeki çoğu insan bunu fabrikalarda çalışmanın normal bir parçası olarak diğer arka plan gürültüleri bağlamında deneyimleyecektir. Diğer sesler, frekansları ve hacimleri sayesinde, bir güç kaynağının ürettiği frekansları maskeleyebilir, bu da psikoakustikte incelenen ve MP3'lerde sesin sıkıştırılmasında kullanılan bir etkidir. Bu tür kaynaklar ayrıca, üretilebilecek herhangi bir duyulabilir gürültünün azaltılmasına da yardımcı olan, kapalı kapılara sahip tipik olarak inşa edilmiş bilgi kontrol panelleridir.
Ofis gibi farklı bir ortamda, güç kaynağı gürültüsüne tepki önemli ölçüde farklı olacaktır. Elektrikli bir cihazdan gelen bir sızlanma veya uğultu büyük olasılıkla rahatsız edici olarak algılanacak ve hatta güvenliği konusunda endişelere neden olabilir.
Nedenler ve Arka Plan
Manyetik alanlar
Akım taşıyan bir iletken manyetik bir alana yerleştirilmişse, genellikle bir kuvvete maruz kalır. Bu kuvvetin etkisi, akım ve manyetik alan yönleri 90 ° açı oluşturduğunda en büyüktür. Bu gibi durumlarda, çarpma kuvveti akımın akışına ve manyetik alanın yönüne dikeydir. Sağ elin üç parmağı, Fleming'in sağ el kuralı kullanılarak bu kuvvetin yönünü belirlemek için kullanılabilir (şekil 2)
Bir transformatör ve bazı indüktörler bağlamında, bir demir çekirdek, ilk olarak James tarafından tanımlanan bir etki olan manyetostriksiyon olarak bilinen bir etkiden de zarar görebilir.
1842'de Joule. Bileşenin iletkeninden geçen akımdan kaynaklanan manyetizasyon işlemi sırasında ferromanyetik malzemelerin şekil veya boyut değiştirmesine neden olur. Sürtünmeli ısınmaya yol açmanın yanı sıra, malzeme hacmindeki bu küçük değişiklikler genellikle işitilebilir gürültü de üretir.
Transformatörler genellikle, demirin elektrik direncini artırmaya yardımcı olan, değişen silikon içeriğine sahip Fe-Si çeliği (silikon çeliği olarak bilinir) kullanır. % 6 silisli çelik, manyetostriksiyonda optimum azalma sağlar, ancak artan kırılganlığa karşı ticareti yapılmalıdır.
Piezo Etkisi
Piezo etkisinden başka bir gürültü nedeni ortaya çıkar. 'Piezo' kelimesi Yunanca baskı kelimesinden türemiştir. 1880'de Jacques ve Pierre Curie, kuvars gibi çeşitli kristallerdeki basıncın elektrik yükü oluşturduğunu keşfettiler. Bu fenomeni 'piezo etkisi' olarak adlandırdılar. Daha sonra, elektrik alanlarının piezoelektrik malzemeleri deforme edebileceğini fark ettiler. Bu etki, "ters piezo etkisi" olarak bilinir.
Ters piezoelektrik etkisi, elektrik gerilimi uygulandığında bu malzemelerde uzunluk değişikliğine neden olur. Bu aktüatör etkisi, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Gerilimdeki değişiklikler aynı zamanda seramik kondansatörlerin geometrik kütlesini de değiştirerek, etrafa basınç dalgaları yayan küçük hoparlörler gibi davranmalarına neden olur.
Topolojileri ve Geri Bildirim Döngülerini Değiştirme
Her zamankinden daha verimli güç dönüştürme dürtüsü, anahtarlama topolojilerinin en basit güç kaynağı ürünlerine bile entegre edildiği anlamına gelir. Bu tür tasarımlarda seçilen birincil anahtarlama frekansı, genellikle insan algılama sınırının (> 20 kHz) üzerinde olacak şekilde seçilecektir. Bununla birlikte, değişen yük ve giriş voltajına uyum sağlamak için anahtarlama frekanslarını değiştirmeye dayanan anahtarlama çözümlerinde, optimum dönüştürme verimliliğini korumak için bu, işitilebilir aralığa düşebilir.
Sabit frekans çözümlerinde, döngü atlama veya patlama modu işlemi gibi özellikler, anahtarlama frekansının kendisi 20 kHz'in üzerinde olmasına rağmen, duyulabilir aralığa düşen bir anahtarlama modeliyle sonuçlanabilir. Çözüm, iki veya daha fazla atlanan darbe periyodları ile düzensiz olarak kırılmış düzenli anahtarlama darbeleri görüntülerse, bu, geri besleme devresiyle ilgili sorunları gösterebilir (şekil 4). Burada, geri besleme devresi bileşenlerini ve herhangi bir optokuplörün çalışma bölgesini incelemeye değer.
Duyulabilir Gürültü Sorunlarını Belirleme ve Çözme
Daha yüksek güç yoğunlukları için baskı sayesinde SMPS'ler giderek daha kompakt hale gelirken, hangi bileşenin tam olarak duyulabilir gürültü kaynağı olduğunu belirlemek bile zor olabilir. Tasarımın elektriksel açıdan doğru çalıştığını varsayarsak, bir yaklaşım, cihaz çalışırken devre kartındaki ayrı bileşenlere hafif basınç uygulamak için çubuk gibi iletken olmayan bir nesne kullanmaktır. Özellikle seramik veya manyetik cihazlar gibi birincil aday bileşenler arasında gürültüdeki değişiklikler veya azalmalar iyi bir başlangıç noktası sağlayabilir.
Elinizin altında güvenli ve iletken olmayan bir ölçüm cihazı yoksa, bir kağıt yaprağından temel bir kulak trompet oluşturulabilir. Bir koni şeklinde yuvarlanan küçük ucun açıklığı, gürültü üreten kaynakları değerlendirmek için şüpheli bileşenlere yönlendirilebilir.
Yüksek dv / dt dalgalanmalarına maruz kalan seramik kapasitörler genellikle duyulabilir şekilde gürültülüdür ve çıkış aşamalarının yanı sıra kelepçe ve söndürücü devrelerde bulunma eğilimindedir. Gürültü kaynağı olup olmadıklarını test etmek için, metal film gibi alternatif dielektriklere sahip kapasitörler ile değiştirilebilir veya seri dirençleri artırılabilir. İşitilebilir gürültünün azaltılması durumunda, bileşende kalıcı bir değişiklik değerlendirilmelidir. Zener diyotlarını kullanmak için kelepçe devrelerini değiştirmek de yardımcı olabilir. Sorunlu çıkış aşaması kapasitörleri, farklı bir dielektrik için değiştirilebilir veya alan izin veriyorsa eşdeğer değerli paralel seramik kapasitörlerle değiştirilebilir.
Manyetik bileşenler gürültü kaynağı ise, önce giriş voltajının ve çıkış yükünün her zaman belirtilen aralıkta olduğundan emin olun. Giriş tarafındaki kapasitansı artırmak, giriş voltajı bazen çok düşük düşüyorsa yardımcı olabilir. Transformatörlerin daldırmalı verniklenmesi ve daldırma vernikli ve gömülü indüktörler, gürültüyü azaltmak için bir yaklaşımdır. Uzun çekirdek uzunluklu transformatörler ayrıca kısa çekirdek uzunluğuna göre daha duyulabilir şekilde rezonansa girme eğilimindedir. Mümkünse, gerekli sayıda sargıyı hala barındırabilen alternatif daha kısa bir göbeğe geçmeyi düşünün.
Unutulmamalıdır ki, vurgulanan tüm olası yaklaşımlar için, doğrulama ve üretim testinin tekrarlanmasının yüksek olasılıklı olacağı unutulmamalıdır.
Özet
Hem manyetik alanlardaki akım taşıyan iletkenlerin kuvvet etkisi hem de kapasitörlerin ters piezo etkisi, güç kaynağı üniteleri tarafından yayılan işitilebilir seslerden birincil olarak sorumludur. Ve simülasyondaki ilerlemelere rağmen, duyulabilir gürültü tipik olarak yalnızca bir tasarım fiziksel olarak inşa edildikten sonra ve bazen de üretim öncesi için bir miktar güç kaynağı hazırlandıktan sonra belirgin hale gelir.
Güç kaynaklarındaki çoğu duyulabilir gürültünün işlevsellik veya güvenlik açısından endişeye neden olması gerekse de, can sıkıcı olabilir ve hatta müşteriler tarafından bir kalite sorunu olarak algılanabilir. Burada sağlanan bazı basit ipuçlarını takip ederek, gürültü kaynağı olarak işlev gören bileşenler hızlı bir şekilde tanımlanabilir ve önerilen yaklaşımlar kullanılarak, çıkan hatalı sesleri en aza indirmek veya ortadan kaldırmak için yenisiyle değiştirilebilir , yapıştırılabilir veya başka parça ile değiştirilebilir.
Endüstri-Dünyası’nın amacı; endüstriyel mühendisliğine dünyanın her yerinde üretilip Türkiye pazarına sunulan yeni ürünler ve hizmetler ile ilgili bilgi vermektir. Eğer siz de firmanızın yeni ürünlerinin Endüstri Dünyası’nda yer almasını istiyorsanız lütfen teknik basın bültenlerinizi editörlerimize gönderin.
