Tampereen teknillinen yliopisto 2017 Tehoelektroniikkalaitteiden komponenttien tuottamat meluhaitat ja niiden ehkäisy Tampereen teknillinen yliopisto 2017 Kandidaatintyön seminaariesitys Juhani Takalo 27.4.2017

Mitä selvitettiin? Tehoelektroniikkalaitteiden komponenttien: - kondensaattoreiden, - kelojen, - muuntajien ja - pulssinleveysmodulaation aiheuttamaa melua tehoelektronisissa laitteissa ja kytkennöissä. Työssä ei käsitelty mm. tuulettimien aiheuttamaa melua. Aihe on vähän tutkittu, käytetyin epätieteellinen termi tälle melulle on ”coil noise”.

Käänteinen pietsosähköinen ilmiö melunlähteenä Keraamiset monikerroskondensaattorit ovat alttiita tälle ilmiölle. Sähkökenttä saa pietsosähköiset eristekerrokset taipumaan. Kondensaattori voi tällä tavalla tuottaa sirittävää ääntä.

Magnetostriktio melunlähteenä Ilmenee ferromagneettisissa aineissa, esim. rauta, koboltti ja nikkeli sekä näiden seokset. Ilmiö saa aineen mittasuhteet muuttumaan ulkoisen magneettikentän vaikutuksen takia. Ilmenee muuntaja- ja kelasydämissä.

Maxwellin voimat melunlähteenä Ilmenee esimerkiksi laminoidun muuntajan kerrosten, pakkamuuntajan levyjen tai muuntajasydämen leikkauspintojen välissä. Saa muuntajan mittasuhteet muuttumaan tuottaen ääntä.

Pulssinleveysmodulaatio melunlähteenä Kytkentätaajuuden ollessa kuuloalueella (20–20000 Hz), voi se aiheuttaa yllä esiteltyjä ilmiöitä. Melua aiheuttavia tilanteita voivat olla esimerkiksi: - kytkentätaajuuden lasku kuorman pienentyessä tai ilman kuormaa ja - viive kytkennässä, joka voi aiheuttaa pulssien välistä jäämistä.

Meluhaittojen ehkäisytapoja kondensaattoreissa Keraamisen kondensaattorin vaihto filmikondensaattoriksi. Suodatuskondensaattorin vaihto elektrolyyttikondensaattoriksi. Korvaamalla kondensaattori useamman pienemmän kondensaattorin rinnankytkennällä. Erilaisella komponenttisijoittelulla. Koteloinnilla.

Meluhaittojen ehkäisytapoja muuntajissa ja keloissa Käärimällä johtimet tiukasti muuntajasydämen ympärille. Upottamalla muuntaja muuntajalakkaan. Teippaamalla muuntajan päällimmäinen johdinkerros teipillä. Käyttämällä oikeanlaista muuntajaa. Koteloinnilla.

Meluhaittojen ehkäisytapoja pulssinleveysmodulaatiossa Käyttämällä melunpoistopiiriä: kuorman pienentyessä laskemalla kytkentävirtapulseja voidaan nostaa kytkentätaajuutta, jotta kuormaan tulee sama virta. Suunnittelemalla kytkentä siten, että se ei tuota häiritsevää melua. Koteloinnilla.

Meluavan komponentin paikallistaminen yksinkertaisella metodilla Texas Instruments esittelee tapaa käyttää suppiloksi käärittyä paperia kuuloapuna meluavan komponentin paikallistamisessa. Tätä metodia käyttäen työssä paikallistettiin melua tuottava kondensaattori tietokoneen laturista, melu nauhoitettiin 10 euron mikillä ja sille tehtiin taajuusanalyysi. Myös kondensaattorin yli olevaa jännitettä mitattiin oskilloskoopilla. Nauhoituksen taajuusanalyysistä löytyi sama dominoiva taajuus, kuin kondensaattorin yli olevasta jännitteestä.