Снижение акустического шума MLCC и пьезоэлектрических эффектов в аудио и силовых цепях
Снижение акустического шума MLCC и пьезоэлектрических эффектов в аудио и силовых цепях
При работе высокочастотных импульсных источников питания или усилителей звука инженеры время от времени замечают неожиданное явление: слабое, слышимое жужжание или воющий звук, исходящий непосредственно от печатной платы. Этот акустический шум редко вызывается магнитными компонентами, такими как индукторы или трансформаторы; вместо этого он возникает из-за многослойных керамических конденсаторов (MLCC), установленных на плате.
Для разработчиков аппаратного обеспечения и инженеров-компонентов, осуществляющих поиск запчастей через сайт www.barronmlcc.com , понимание основных причин керамического акустического шума и знание способов его подавления жизненно важно для бытовой электроники, аудиооборудования и чувствительных к шуму приборов.
1. Физика обратного пьезоэлектрического эффекта.
Акустический шум, создаваемый керамическими конденсаторами, вызван явлением, известным как обратный пьезоэлектрический эффект, который присущ сегнетоэлектрическим диэлектрикам.
Искажение кристаллической решетки. Диэлектрические материалы класса 2, такие как X7R и X5R, основаны на титанате бария (BaTiO 3 ). Когда на конденсатор подается пульсирующее напряжение переменного тока (AC) или сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ), электрическое поле заставляет внутреннюю кристаллическую структуру физически расширяться и сжиматься.
Механический резонанс. Если частота электрической пульсации попадает в диапазон слышимости человека (от 20 Гц до 20 кГц) — например, частоты переключения современных понижающих преобразователей постоянного тока, работающих в режимах слышимого пропуска импульсов, — конденсатор физически вибрирует.
Соединение печатной платы: эти микроскопические вибрации передаются непосредственно через паяные соединения и воздействуют на поверхность печатной платы, превращая всю печатную плату в диффузор акустического динамика.
2. Триггеры общей цепи для пьезоэлектрического шума.
Определенные топологии цепей и условия эксплуатации повышают риск акустической эмиссии:
Источники питания с регулируемой частотой: преобразователи постоянного тока, которые изменяют свою частоту переключения в зависимости от нагрузки (например, импульсный режим или импульсно-частотная модуляция), часто проходят через слышимый спектр, создавая отчетливые воющие или гудящие звуки.
Усилители звука класса D. Конденсаторы выходного фильтра, на которые воздействуют аудиосигналы высокой амплитуды или остатки высокочастотной несущей, могут преобразовывать электрические сигналы непосредственно обратно в акустические звуковые волны.
Керамические фильтры ввода/вывода (I/O). Конденсаторы, расположенные непосредственно на шинах питания, пропускают сильные пульсации переменного тока.
3. Технические решения по подавлению акустического шума.
Устранение или минимизация акустического шума конденсатора требует тщательного выбора компонентов и корректировки компоновки:
Переход на диэлектрики класса 1 (C0G/NP0). Поскольку керамика класса 1 не является сегнетоэлектриком, она не проявляет пьезоэлектрического эффекта. Замена конденсаторов класса 2 на C0G в чувствительных трактах аудиосигнала полностью устраняет акустический шум на уровне компонентов.
Используйте конструкции с мягкими выводами или плавающими электродами. Конденсаторы со специальными гибкими металлическими выводами или конструкции с внутренними плавающими электродами помогают механически изолировать керамический корпус от жесткой подложки печатной платы, подавляя передачу вибрации.
Используйте специальные звукопоглощающие конденсаторы. Многие производители предлагают линии MLCC, специально разработанные с конфигурациями стеков конденсаторов или выводных рамок, которые поглощают механические движения.
Увеличьте физический размер корпуса или развяжите его. Распределение емкости между несколькими параллельными конденсаторами меньшего размера или физическое отделение их от резонансных узлов платы может разрушить стоячие акустические волны.
Улучшение акустических характеристик контура с помощью HLAIPOPNY
Проектирование тихих и надежных электронных систем требует столь же тщательного прогнозирования механических взаимодействий, как и электрических параметров. Независимо от того, создаете ли вы кристально чистое аудиооборудование или бесшумные системы преобразования энергии, важно подобрать правильную технологию компонентов для вашего приложения.
Чтобы ознакомиться с нашим специализированным ассортиментом конденсаторов и найти малошумящие компоненты, соответствующие вашим техническим требованиям, посетите нас на сайте www.barronmlcc.com .
HLAIPOPNY — предоставление точных инженерных решений и повышенной надежности компонентов для обеспечения акустической и энергетической целостности.
Сталкивались ли вы с проблемами акустического шума в ваших источниках питания и какие стратегии его устранения оказались наиболее эффективными на ваших производственных линиях?
Связаться с нами:
Электронная почта: hyc2355937758@gmail.com
WhatsApp: 8615913754866
Тел: 86+18824523083
Сайт: barronmlcc.com.
Расшифровка спецификаций MLCC. Интерпретация допусков емкости, номинального напряжения и размеров корпуса EIA.
Связанная статья