چرا منبع تغذیه سوئیچینگ صدا می دهد؟

سرویس آموزش وآزمون برق نیوز، اگر چه منابع تغذیه سوئیچینگ در بازه فرکانسی بالاتر از محدوده شنوایی انسان کار می‌کنند، اما در شرایط خاصی می‌توانند نویز‌های قابل شنیدن تولید کنند. منابع تولید نویز بسیار متفاوت است. نویز صوتی می‌تواند در نتیجه نقص طراحی باشد که باعث نوسان ولتاژ خروجی می‌گردد و یا می‌تواند توسط المان‌هایی مانند خازن‌ها و ترانس‌ها ایجاد شود. در بعضی از موارد، صدای نویز ایجاد شده می‌تواند مربوط به یک ایراد پیش پا افتاده مانند صدای فن خنک کننده و یا نزدیک بودن منبع تغذیه به یک دستگاه الکترومغناطیسی خارجی مانند لامپ‌های فلوئورسنت و تداخل با آن باشد. با توجه به نیاز امروز برای کاهش توان حالت آماده به کار، مبدل‌ها اغلب از فرکانس سوئیچینگ پایین تری در شرایط بی باری استفاده می‌کنند، که این باعث ایجاد نویز‌های قابل شنیدن می‌شود؛ و هنگامی که بار به خروجی مبدل وصل شود، صدای آن نیز قطع میشود.

در این مقاله رویکردی برای دلایل رایج ایجاد نویز‌های قابل شنیدن در منابع تغذیه فلایبک، همراه با ارائه راه حل‌هایی برای این مشکلات آورده شده است. تمامی این روش‌ها می‌تواند توسط یک بار الکتریکی و یک منبع AC قابل برنامه ریزی یا واریاک انجام شود. در نظر داشته باشید در بعضی موارد، صدا‌های تولید شده توسط منبع تغذیه آنقدر کوچک هستند که وقتی منبع درون یک محفظه قرار بگیرد، شنیده نخواهند شد.

نقش خازن‌ها در تولید نویز صوتی

معمولا خازن سرامیکی در منبع تغذیه صدا تولید می‌کنند. نویز ایجاد شده در خازن سرامیکی به دلیل اثر معکوس پیزوالکتریک است. وقتی ولتاژ به ساختار یک پیزوالکتریک اعمال می‌شود، می‌تواند با ایجاد فشار مکانیکی باعث تغییر شکل مواد شود. زمانی که مواد تغییر شکل دادند، هوای اطراف خود را به حرکت در آورده و نویز ایجاد می‌کنند. از آنجا که اثر معکوس پیزوالکتریک در نتیجه تغییرات ولتاژ‌های بالا اتفاق می‌افتد، طراحان می‌توانند تمرکز خود را بر روی انتخاب خازن‌های سرامیکی بگذارند که تغییرات dv/dt بالایی را تحمل می‌کنند. منابع تغذیه معمولا دارای مدار اسنابر و خازن کلمپ و همچنین خازن سرامیکی خروجی هستند. برای تشخیص سریع اینکه آیا یک خازن سرامیکی نویز تولید می‌کند یا خیر، آن را با یک خازن metal-film-type، MKP با مقادیر معادل، جایگزین کنید. در صورتی که مقدار نویز کاهش یافت، شما منبع ایجاد نویز در مدار را پیدا کرده اید.

منبع ایجاد نویز ممکن است یک خازن کلمپ باشد. سعی کنید آن را با یک خازن MKP یا خازن سرامیکی جایگزین کنید که از مواد دی الکتریک با جنس متفاوت استفاده می‌کنند. راه دیگر تغییر دادن نوع کلمپی است که استفاده می‌کنید، برای مثال، مدار کلمپ زنری را به کار بگیرید. در صورتی که منبع نویز از خازن اسنابر باشد، می‌توانید آن خازن را با نوع MKP جایگزین کرده و یا مقدار مقاومت سری را افزایش داده تا dv/dt که بر روی خازن می‌افتد، کاهش یابد. همچنین می‌توانید به سمت استفاده از خازن سرامیکی با ساختار دی الکتریک متفاوت بروید و اثر آن بر روی مقدار صدا را مشاهده کنید.

صدا دادن خازن اسنابر مبدل فلایبک

در صورتی که مشکل نویز در خازن‌های خروجی باشد، آن را با خازن الکترولیت و یا خازن سرامیکی با جنس دی الکتریک متفاوت جایگزین کنید. متناوبا سعی کنید چند خازن سرامیکی به صورت موازی به جای خازنی که مشکل دارد استفاده کنید. اندازه کوچک‌تر خازن باعث می‌شود تا فضای کمتری توسط آن اشغال شود و در نتیجه رزونانس‌های مکانیکی خازن کاهش می‌یابد.

در مواردی که منبع تغذیه بعد از گذشت مدت زمان زیادی (یک سال و بیشتر) دچار نویز صوتی شده معمولا تعویض خازن‌ها میتواند به رفع آن مشکل کمک کند. مخصوصا خازن‌های خروجی و خازن‌های اسنابر که همواره در هر سیکل سوئیچینگ به آن‌ها جریان وارد/خارج میشود. در بعضی از موارد خارن فرسوده موجب ناپایداری بخش کنترل میشود که در ادامه به آن میپردازیم.

صدای ناشی از ترانس

نویز ایجاد شده توسط ترانس مشابه حالتی است که اثر معکوس پیزوالکتریک ایجاد می‌کند. بدین صورت که بسیاری از مواد فرومغناطیس زمانی که در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند، تغییر شکل می‌دهند. وقتی میدان مغناطیسی، هسته ترانس را در بر میگیرد، می‌تواند باعث لرزش بدنه هسته شود. زمانی که این لرزش به فرکانس رزونانس مکانیکی هرکدام از بخش‌های هسته یا بوبین برسد، تقویت شده و صدای آن شنیده می‌شود. شل بودن سیم ها، تکان خوردن هسته و حتی گاهی اشباع هسته میتواند نویز صوتی ایجاد کند.

در منابع تغذیه سوئیچینگ، فرکانس کلیدزنی معمولا بالاتر از محدوده شنوایی است. با این وجودبرای کاهش تلفات در بار‌های کم، مقدار این فرکانس کاهش می‌یابد. این کاهش فرکانس باعث ایجاد هارمونیک‌های فرکانسی می‌شود، که نویز قابل شنیدن ایجاد می‌کنند.

چگونه صدای منبع تغذیه را برطرف کنیم

ابتدا بررسی کنید که ولتاژ ورودی و بار خروجی که ترانس میبیند مطابق با مشخصات طراحی است. در صورتی که منبع تغذیه در ولتاژی پایین‌تر از حداقل ولتاژ ورودی یا بالاتر از بار مشخص خروجی راه اندازی شود، ممکن است رگولاسیون برای بخشی از چرخه AC از دست برود؛ که می‌تواند به نوبه خود باعث افزایش نوسانات مقدار شار در هسته شده و نویز ایجاد کند.

مرحله بعد بررسی مقدار خازن یکسوساز ورودی است. در صورتی که خازن یکسوساز ورودی کوچک باشد، باعث ایجاد ریپل در ولتاژ باس DC ورودی میشود. این اتفاق باعث تغییر شار در اجزای مغناطیسی تا دو برابر فرکانس خط شده و پتانسیلی برای تولید نویز ایجاد می‌کند. یعنی نویز ۱۰۰ هرتز تولید میکند. همچنین هنگامی که این خازن فرسوده شود مقاومت داخلی آن بالا میرود و باعث نوسان شدید ولتاژ ورودی (یا اگر در خروجی باشد ولتاژ خروجی) میشود که میتواند صدا تولید کند.

انواع عناصر متحرک در یک ترانس شامل سیم پیچ، نوار ایزولاسیون و بوبین، می‌توانند یک منبع ایجاد نویز باشند. جریان موجود در سیم پیچ می‌تواند میدان الکترومغناطیسی تولید کند که باعث ایجاد لرزش در عناصر مختلف ترانس شوند. موثرترین راه برای کاهش حرکات فیزیکی المان‌های ترانس استفاده از چسب یا لاک است.

ناپایداری حلقه کنترلی

دسته بندی پالس یکی دیگر از منابع ایجاد نویز قابل شنیدن می‌باشد. این نویز زمانی اتفاق می‌افتد که حلقه کنترلی به جای تولید پالس‌های PWM با پهنای پالس یکسان و متناسب با توان خروجی، چندین پالس با پهنای پالس بالا (نزدیک به ۱۰۰ درصد) تولید میکند و سپس، چون ولتاژ خروجی بالاتر از مقدار مطلوب میرود مجبور میشود که چندین پالس با پهنای پالس بسیار کم (نزدیک به صفر) تولید کند. ممکن است در این حالت حتی ولتاژ خروجی همان مقدار مطلوب بماند، اما نویز صوتی شدیدی تولید میشود. زیا این نوع کلید زنی موجب سوار شدن یک موج فرکانس پایین (در رنج ۱ تا ۵ کیلوهرتز) بر روی موج فرکانس کلید زنی (که عموما بالای ۲۰ کیلوهرتز است) میشود. این تداخل فرکانسی نویز صوتی ایجاد میکند. با مشاهده ولتاژ درین-سورس سوئیچ‌ها یا جریان سوئیچ به راحتی میتوان فهمید این اتفاق رخ داده است یا نه.

ناپایداری منبع تغذیه سوئیچینگ

به طور معمول، دسته بندی پالس نشان می‌دهد که مدار فیدبک بسیار کند است و باعث ایجاد تاخیر در پاسخ کنترل کننده می‌شود. برای حل این مشکل ابتدا باید بررسی کنید که تمامی قطعات در مسیر فیدبک مطابق با مقادیر طراحی باشند. استفاده از اپتوکوپلر‌های سریع‌تر و نو میتواند کمک کند حلقه فیدبک سریع‌تر شود. اگر در حال طراحی منبع تغذیه جدید هستید دقت کنید که حاشیه فاز مناسب (حداقل ۴۵ درجه) برای حلقه کنترلی در نظر بگیرید و پهنای باند حلقه کنترل حدود یک ششم فرکانس کلید زنی باشد.

 

منبع: افرا صنعت