Eletrônica Básica 21 – Como selecionar um indutor

Nos tutoriais anteriores, discutimos o conceito básico de um indutor, propriedades de um indutor e diferentes tipos de indutores. Agora é hora de saber como selecionar um indutor para um determinado circuito. Felizmente, diferentes tipos de indutores são projetados para atender aplicações específicas. Assim, para qualquer aplicação, ou existe exclusivamente um determinado tipo de indutor disponível, ou existem, no máximo, dois ou três tipos para escolher. Confira o artigo anterior para aprender sobre os diferentes tipos de indutores e suas aplicações. Para a maioria das aplicações comuns, bobinas solenoidais, toróides ou núcleos de pote são preferidos. Para selecionar entre eles, as seguintes considerações são importantes:

• Se o circuito exigir o uso de vários indutores que devem ou podem ter alguma indutância mútua, bobinas solenoidais podem ser usadas. As bobinas solenoidais são baratas, amplamente disponíveis e fáceis de projetar e solucionar problemas. No entanto, as bobinas solenoidais são geralmente bastante volumosas em comparação com outros tipos de indutores. Ainda assim, estes podem ser preferidos em primeiro lugar se a interferência eletromagnética ou a indutância mútua não for uma preocupação importante do circuito.
• Se o circuito não exigir indutância mútua ou não houver interferência eletromagnética do indutor com qualquer outro componente do circuito, os toróides devem ser preferidos primeiro. Os toróides são pequenos em tamanho, possuem alto valor de indutância e quase não apresentam interferência eletromagnética. Se a indutância mútua for desejada entre bobinas diferentes, elas poderão ser enroladas no mesmo núcleo.
• Pot Cores oferecem vantagens semelhantes aos toroides. No entanto, estes são bastante caros devido à sua construção complexa. Não é fácil encontrar núcleos de pote para aplicações de alta potência. Os núcleos dos potes também têm exposição limitada à circulação de ar, de modo que podem enfrentar problemas de aquecimento. Ainda assim, os núcleos dos potenciômetros são muito robustos, oferecem melhor blindagem e podem ser montados mais facilmente em placas de circuito impresso.

Na seleção de um indutor para um determinado circuito, a escolha do tipo de indutor é bastante simples. As preocupações importantes na seleção de um indutor são sempre as características desejadas. Primeiramente, para qualquer circuito, um valor desejado de indutância é fornecido ou precisa ser derivado pelo engenheiro. Um indutor do mesmo valor nominal precisa ser escolhido. A próxima coisa importante que precisa ser considerada é a tolerância. Deve-se verificar qual variação na indutância não afetará o desempenho do circuito. Conseqüentemente, um indutor com tolerância adequada deve ser escolhido.

O restante dos parâmetros pode ser específico do circuito ou da aplicação. Essencialmente, é importante verificar a corrente de saturação do indutor selecionado. A corrente de saturação do indutor escolhido deve ser pelo menos 1,5 vezes ou duas vezes os níveis de corrente DC ou RMS aos quais o indutor pode estar exposto no circuito. Para garantir o desempenho desejado do indutor, a corrente incremental e a corrente CC máxima também devem ser verificadas. Fatores como corrente de saturação, corrente incremental e corrente CC máxima desempenham um papel crucial, principalmente quando o indutor selecionado possui núcleo de ferrite.

Se o circuito precisar ser muito eficiente em termos de energia, como em aplicações de acoplamento ou circuitos de fonte de alimentação, a resistência CC, a impedância e o fator de qualidade são propriedades importantes a serem verificadas. Da mesma forma, em circuitos sensíveis à frequência, como os circuitos de filtro, a frequência auto-ressonante do indutor desempenha um papel importante. Da mesma forma, em circuitos sensíveis à temperatura, o coeficiente de temperatura da indutância, o coeficiente de temperatura da resistência, a faixa de temperatura ambiente, a faixa de temperatura operacional e a temperatura Curie são fatores importantes que devem ser essencialmente verificados. A questão da interferência eletromagnética pode ser resolvida na maioria das vezes escolhendo o tipo de indutor correto, ou seja, toróide ou núcleo de potenciômetro, se a EMI tiver que ser evitada.

Valores padrão de indutores
Assim como os resistores e os capacitores, os indutores também estão disponíveis em valores padrão, de acordo com a Série E. Para saber mais sobre valores padrão de resistores, capacitores, indutores e diodos Zener, confira o seguinte artigo, “Eletrônica Básica 08 – Leitura de Valor, Tolerância e Potência de Resistores“.

Combinação em série e paralelo de indutores
Pode não ser possível obter sempre o valor exato da indutância necessária. Nesse caso, uma combinação de indutores em série ou paralelo pode ser usada para obter a indutância desejada. Quando os indutores são conectados em série, sua indutância equivalente é a soma das indutâncias da seguinte forma:

eu_Series = eu₁ + eu₂ + eu₃ + . . . .

Quando os indutores são conectados em paralelo, sua indutância equivalente é dada pela seguinte equação:

1/L_Paralelo = 1/L₁ + 1/L₂ + 1/L₃ + . . . .

A equação para a combinação de indutâncias em série é derivada do fato de que a soma das quedas de tensão em todos os indutores conectados em série será igual à tensão aplicada enquanto a mesma corrente passa por todos os indutores do ramo. A equação para a combinação em série de indutâncias é derivada da seguinte maneira:

V_Total =V_L1 +V_L2 +V_L3 + . . . .

-EU_Series * di/dt = -L₁ * di/dt + (-L₂ * di/dt) + (-L₃ * di/dt) + . . . .

eu_Series = eu₁ + eu₂ + eu₃ + . . . .

A equação para combinação paralela de indutâncias é derivada do fato de que a soma das correntes através de todas as indutâncias conectadas em paralelo será igual à corrente total, enquanto a tensão através delas permanecerá a mesma. A equação para combinação paralela de indutâncias é derivada da seguinte maneira –

Eu = i1 + i2 + i3 + . . . .

1/L_Paralelo * ∫V.dt = 1/L₁ * ∫V.dt + 1/L₂ * ∫V.dt + 1/L₃ * ∫V.dt + . . . . .

1/L_Paralelo = 1/L₁ + 1/L₂ + 1/L₃ + . . . .

As equações acima são derivadas, considerando que os indutores não possuem nenhuma indutância mútua.

Indutância mútua
Praticamente, todos os indutores possuem alguma indutância mútua. A interferência eletromagnética é muito aparente no caso de bobinas solenoidais, enquanto toróides, núcleos de potenciômetros e indutores de linha de transmissão são bem blindados para mostrar qualquer indutância mútua significativa. A indutância mútua entre dois indutores depende do valor de sua indutância e do coeficiente de acoplamento entre eles. É medido na mesma unidade que a indutância e é indicado pela letra 'M'. A equação a seguir fornece o valor da indutância mútua entre dois indutores –

M = k*(L₁*EU₂)^1/2

Aqui, k é o coeficiente de acoplamento. Pode ter um valor de 0 a 1. Se dois indutores estiverem bem blindados e não apresentarem interferência eletromagnética, o valor de k é 0 e há zero indutância mútua entre os indutores.

A indutância mútua é muito aparente quando indutores (particularmente bobinas solenoidais) são conectados em série. A indutância mútua pode ser aditiva ou subtrativa. Quando os indutores são conectados próximos uns dos outros de modo que a corrente flua através deles na mesma direção, eles reforçam os campos magnéticos um do outro. Portanto, a indutância mútua é aditiva nesse caso. A equação a seguir fornece a indutância efetiva nesse caso –

eu = eu₁ + eu₂ + 2M = L₁ + eu₂ + 2* k*(L₁*EU₂)^1/2

Quando os indutores são conectados próximos uns dos outros de modo que a corrente flua através deles em direções opostas, os campos magnéticos através dos indutores se opõem aos campos magnéticos um do outro. Nesse caso, a indutância mútua é subtrativa. A indutância efetiva, então, é dada pela seguinte equação –

eu = eu₁ + eu₂ – 2M = L₁ + eu₂ – 2*k*(L₁*EU₂)^1/2

No próximo artigo, discutiremos a leitura de pacotes de indutores.