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XVIII Power POWER 23 - OTTOBRE 2020 Cause e origini del rumore I campi magnetici Se un conduttore che trasporta corrente si trova in un campo magnetico, in genere è soggetto a una forza, il cui effetto è maggiore quando la direzione della corren- te e quella del campo magnetico formano un angolo di 90°. In questi casi, la forza di Lorentz è verticale rispetto al flusso di corrente e alla direzione del campo magne- tico. Per determinare la direzione di questa forza si pos- sono usare tre dita della mano destra e la regola della mano destra di Fleming (Fig. 2). Nel caso dei trasformatori e di alcuni induttori, un nu- cleo di ferro può anche evidenziare un effetto noto come magnetostrizione, identificato per la prima volta da James Joule nel 1842. Questo fenomeno fisico fa sì che i materiali ferromagne- tici cambino forma o dimensione durante il processo di magnetizzazione imputabile al passaggio della corrente attraverso il conduttore del componente. Oltre a com- portare il riscaldamento per attrito, queste piccole varia- zioni di volume del materiale spesso generano anche un rumore udibile. I trasformatori spesso utilizzano il ferro-silicio (Fe-Si), con un contenuto di silicio variabile che contribuisce ad aumentare la resistività elettrica del ferro. Un contenuto di silicio al 6% garantisce una magnetostrizione ottima- le, a fronte però di una maggiore fragilità. L’effetto piezoelettrico Un’ulteriore causa di rumore è dovuta all’effetto pie- zoelettrico. La parola “piezo” deriva dal greco “pressio- ne”. Nel 1880, Jacques e Pierre Curie scoprirono che la pressione in vari cristalli, come il quarzo, generava una carica elettrica e chiamarono questo fenomeno “effetto piezoelettrico” (Fig. 3). In seguito, notarono che i cam- pi elettrici potevano deformare i materiali piezoelettrici. Questo fenomeno è noto come “effetto piezoelettrico inverso”. L’effetto piezoelettrico inverso provoca una variazione di lunghezza di questi materiali quando viene applicata una tensione elettrica. Un fenomeno di questo tipo con- verte l’energia elettrica in energia meccanica. Le varia- zioni di tensione modificano anche la massa geometrica dei condensatori ceramici, che si comporteranno quindi come minuscoli altoparlanti che emettono onde di pres- sione nelle vicinanze. Topologie di commutazione e anelli di retroazione La necessità di una conversione di potenza sempre più ef- ficiente ha portato all’integrazione delle topologie di com- mutazione anche nei prodotti di alimentazione più sempli- ci. Spesso, la frequenza di commutazione principale scelta per questi progetti sarà superiore al limite della percezione umana (>20 kHz). Tuttavia, nelle soluzioni di commuta- zione basate sulla variazione della loro frequenza di com- mutazione per adattarla alle variazioni del carico e della tensione di ingresso, tale limite può rientrare nell’interval- lo delle frequenze udibili per mantenere un’efficienza di conversione ottimale. Nelle soluzioni a frequenza fissa, ca- ratteristiche come il salto del ciclo (cycle skipping) o il fun- zionamento in modalità burst possono determinare uno schema di commutazione che ricade nel campo udibile, nonostante la frequenza di commutazione sia superiore a 20 kHz. Se la soluzione evidenzia impulsi di commutazione regolari interrotti in modo irregolare da periodi durante i quali due o più impulsi sono “saltati”, potrebbero esserci dei problemi nel circuito di retroazione (Fig. 4). In questo caso è opportuno procedere all’esame dei componenti del circuito di retroazione e della regione di funzionamento di qualsiasi opto-accoppiatore. Fig. 2 – Regola della mano destra/sinistra (Fonte: Traco) Fig. 3 – Effetto piezoelettrico come si manifesta in materiali come il quarzo (Fonte: Traco)