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

Diseñamos un circuito regulador de conmutación utilizando un regulador de conmutación interno de 1.5Mhz ( 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 notable cuando el circuito está consumiendo cantidades muy pequeñas de corriente. A medida que aumenta la demanda actual, el sonido generalmente pasa desapercibido, pero no siempre.

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

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

El producto cruzado del campo magnético y actual es una fuerza. Las fuerzas siempre funcionan en 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 cual se escucha como sonido.

Los condensadores de cerámica exhiben un efecto piezoeléctrico en diversos grados. Las capacidades de cerámica más eficientes en cuanto a capacitancia también son más susceptibles a esto. Si recuerdo bien, 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 está reduciendo y creciendo muy ligeramente 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 sonido molesto. Probé cinco modelos diferentes de diferentes fabricantes, pero todos los que tenían suficiente capacidad tenían el problema de ruido. Ahora he cambiado de mala gana 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 de control. Puede que no haya mucha ondulación de salida a la frecuencia audible, pero probablemente pueda ver una pequeña diferencia en el ciclo de trabajo a esa frecuencia. A corrientes muy bajas, el bucle de control puede estar causando ráfagas de pulsos con algún tiempo muerto entre ráfagas, lo que podría tener un componente fuerte en el rango audible. A corrientes más altas, el sistema probablemente esté funcionando en modo continuo y esté más amortiguado de forma natural, por lo que la respuesta de control en el rango audible disminuye.

Observe también el consumo actual de lo que sea que conduzca la fuente de alimentación. Eso puede estar en el rango audible, forzando la respuesta de control de la fuente de alimentación al rango audible también.

Es probable que su regulador esté en un modo de baja frecuencia de conmutación con cargas pequeñas para mejorar la eficiencia. Esto pone la vibración del condensador dentro de nuestro rango de frecuencia auditiva. La otra razón es que a bajas frecuencias de conmutación, el voltaje de ondulación del condensador es mayor, lo que aumenta la amplitud de las vibraciones. Es difícil moverse por los condensadores de cerámica, ya que proporcionan una buena densidad a un costo lo suficientemente bajo y buenas características de frecuencia y ESR. Una buena manera de evitar este efecto es tener 2 de estos condensadores colocados en lados opuestos de la PCB. Si necesita una capacidad 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 u otros condensadores especializados.