Störgeräusche in PoE-Systemen: Ursachen, Analyse und Lösungen mit LinkCom-Induktivitäten

Störgeräusche in magnetischen Komponenten von PoE-Stromversorgungssystemen treten häufiger auf als gedacht. Sie wirken sich nicht nur negativ auf das akustische Verhalten eines Geräts aus, sondern können auch Hinweise auf tieferliegende Designprobleme sein. LinkCom analysiert in einem aktuellen Beitrag die Ursachen solcher Geräusche und stellt praxisnahe Lösungsansätze vor. Der Fokus liegt dabei auf Induktivitäten und Transformatoren, die unter bestimmten Bedingungen zu hörbaren Schwingungen neigen. Mit strukturierten Diagnosemethoden und gezielten Designmaßnahmen lässt sich das Problem effektiv beheben.

LinkCom – Magnetiklösungen für moderne Anwendungen

LinkCom ist ein weltweit aktiver Hersteller von magnetischen Bauelementen. Das Unternehmen entwickelt Lösungen für Kommunikationstechnik, Energieversorgung, industrielle Systeme, Medizintechnik sowie zukunftsorientierte Anwendungen wie Elektromobilität, 5G und IoT. Das Produktportfolio umfasst:

• Power-over-Ethernet-Bauelemente
• Kommunikations- und LAN-Transformatoren
• Leistungsfähige Induktivitäten
• EMI-/RFI-Filter
• Magnetische Komponenten für Wireless Charging

LinkCom steht für zuverlässige Technologie, die in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt wird – insbesondere dort, wo elektromagnetische Effizienz und Geräuscharmut gefordert sind.

Ursachen für Störgeräusche in PoE-Systemen

In Power-over-Ethernet-Anwendungen treten Störgeräusche besonders bei magnetischen Komponenten auf. LinkCom hat mehrere Hauptursachen identifiziert:

• Magnetostriktion: Magnetische Felder führen zu minimalen Materialverformungen, die in Ferritkernen hörbare Vibrationen erzeugen.
• Resonanzfrequenzen: Liegt die Betriebsfrequenz zu nah an der Eigenfrequenz eines Bauteils, kann sich der Klangpegel deutlich verstärken.
• Schaltfrequenzbedingte Ripple: Hochfrequente Restwelligkeit erzeugt mechanische Schwingungen im Magnetkern.
• Schlecht fixierte Wicklungen: Nicht ausreichend befestigte Spulen geraten bei Last in Bewegung.
• Ungeeignete Filterkondensatoren: Eine unzureichende Filterung begünstigt Störfrequenzen.
• Fehlende Dämpfung im PCB-Layout: Mechanische Resonanzen werden nicht unterdrückt, sondern auf das Gehäuse übertragen.
• Thermische Einflüsse: Erwärmung kann Materialspannung verursachen, was wiederum akustisch wahrnehmbar wird.

Diagnoseschritte & Testmethoden

Zur genauen Identifikation der Geräuschursache empfiehlt LinkCom eine Kombination aus Messung, Analyse und Bewertung.

Wichtige Diagnosemethoden im Überblick:

• Akustische Messung:
  Mithilfe von Mikrofonen und Spektrumanalyse lassen sich betroffene Frequenzbereiche isolieren.
• Vibrationsanalyse:
  Sensorische Erfassung der Schwingung mit Beschleunigungsmessern zur Bestimmung des Ursprungs.
• Thermografie:
  Lokalisierung thermischer Hotspots, die mit mechanischer Ausdehnung korrelieren können.
• Oszilloskopische Stromanalyse:
  Identifikation von Ripple-Effekten und Stromspitzen.
• Layout-Überprüfung:
  Analyse von Masseverbindungen, Leiterbahnführung und Bauteilplatzierung.
• Lastsimulation:
  Test unter typischen Lastverhältnissen zur Identifikation von Störungen bei realen Bedingungen.

Diese Prüfmethoden sind aufeinander abgestimmt und erlauben eine präzise Einordnung akustischer Anomalien.

Detaillierte Ergebnisse & Ursachenanalyse im Fallbeispiel

LinkCom hat die Störungen in einem realen PoE-System untersucht. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse:

Messresultate:

• Die Signalwellenform zeigte, dass das Schalt-Ripple des MOSFETs den Transformator zur Resonanz anregte.
• Der verwendete Kondensator war nicht in der Lage, diese hochfrequenten Ripple-Anteile ausreichend zu filtern.
• Die Resonanzwirkung wurde dadurch zusätzlich verstärkt und in hörbaren Schall umgesetzt.

Finaldiagnose & Verbesserungsmaßnahmen

Auf Basis der akustischen Messung und der Stromanalyse wurden drei zentrale Fehlerquellen identifiziert:

• PWM-Frequenz des MOSFETs:
  Zu nahe an der Resonanzfrequenz des Transformators – dies verstärkte die Schallabstrahlung erheblich.
• Mechanische Konstruktion des Transformators:
  Die Wicklungen waren nicht ausreichend fixiert, was zu erhöhter Schwingungsanfälligkeit führte.
• Unzureichende Filterung:
  Der verwendete Kondensator konnte hochfrequente Ripple nicht zuverlässig unterdrücken. Die Folge: Anregung weiterer Bauteile.

Lösungsansätze von LinkCom:

• Anpassung der PWM-Frequenz:
  Die Schaltfrequenz wurde verändert, um außerhalb der Resonanzfrequenz des Transformators zu liegen.
• Optimierung der Transformatorstruktur:
  Die Wicklungen wurden durch Vergussmaterial zusätzlich fixiert. Das minimiert mechanische Vibrationen.
• Verwendung hochwertiger Low-ESR-Kondensatoren:
  Durch Kapazitäten mit niedriger äquivalenter Serienresistenz konnte die Filterwirkung deutlich verbessert werden.

Störgeräusche wirksam vermeiden

Die Untersuchung zeigt: Geräuschprobleme in PoE-Systemen lassen sich durch strukturierte Analyse und gezielte Optimierungen vermeiden. Ob durch Anpassung der Schaltfrequenz, Verbesserung der Wicklungsstabilität oder Auswahl geeigneter Filterkomponenten – mit dem richtigen Know-how sind leise, effiziente Magnetiklösungen realisierbar. LinkCom bietet mit seinen Induktivitäten und Transformatoren nicht nur leistungsstarke Bauteile, sondern auch fundiertes Fachwissen zur Geräuschreduktion.