En el artículo anterior, discutimos los conceptos básicos y principios de funcionamiento de un inductor. También aprendimos sobre algunos tipos comunes de inductores, como bobinas de solenoide, toroides, núcleos de olla e inductores de líneas de transmisión. Los inductores vienen en una variedad de otros tipos según su construcción. Al seleccionar un inductor para un circuito determinado, es importante comprender sus diversas especificaciones y características no ideales.
Estas especificaciones eléctricas siguen siendo comunes entre todos los tipos de inductores. Los diferentes tipos de inductores son solo construcciones específicas de aplicaciones o circuitos. A diferencia de los condensadores o resistencias, es relativamente fácil seleccionar un tipo de inductor para una aplicación determinada. Los diferentes tipos de condensadores y resistencias tienen áreas de aplicación algo superpuestas. Como se analizó en artículos anteriores, varios factores son responsables de su selección.
Las diferentes especificaciones eléctricas son útiles para determinar la función y eficiencia de un inductor para un circuito o aplicación en particular, en lugar de seleccionar un tipo o inductor específico. Las principales especificaciones técnicas asociadas a los inductores son las siguientes:
Inductancia nominal : la primera especificación que debe considerarse es la inductancia nominal de un inductor, o el valor de inductancia que el inductor debe ofrecer a una frecuencia y voltaje determinados. La inductancia nominal suele expresarse en microhenrios, milihenrios o Henry. Generalmente, los ingenieros reciben el valor de inductancia requerido en la hoja de datos cuando usan un IC o en el caso de circuitos analógicos; o necesita derivar el valor de inductancia requerido según la aplicación o circuito. Por ejemplo, es posible que un ingeniero necesite derivar el valor de inductancia requerido para un circuito de filtro. La inductancia de un inductor depende del material utilizado como núcleo, la forma del núcleo, el número de vueltas de la bobina, la forma y el tamaño del inductor.
Tolerancia : la inductancia, al igual que la capacitancia, es una propiedad dinámica. Puede cambiar con la frecuencia de la señal, la temperatura y la corriente. Por tanto, siempre es importante considerar la tolerancia inductiva de un inductor. La tolerancia es la variación máxima en el valor de la inductancia bajo todas las condiciones de prueba posibles. Lo ideal es que la inductancia no varíe más allá de la tolerancia indicada bajo ninguna condición, de lo contrario puede dañarse por un uso o aplicación inadecuada. Los inductores pueden tener una tolerancia de +/- 1%, +/- 2%, +/- 3%, +/- 5%, +/- 10%, +/- 15% o +/- 20%. La tolerancia se indica con las siguientes letras:
Corriente de saturación : como ya se analizó, los inductores que utilizan núcleos ferromagnéticos más allá de un nivel de corriente crítico experimentan una caída en la inductancia. Este nivel actual se denomina corriente de saturación . La caída de la inductancia puede ser de hasta el diez por ciento en inductores diseñados con núcleos de ferrita y hasta el 20 por ciento en inductores que utilizan hierro alimentado como núcleo. Esta caída en la inductancia es el resultado de que el material del núcleo tiene limitaciones para almacenar una cierta cantidad máxima de flujo magnético. La capacidad de carga de corriente de un inductor depende del grosor de la bobina, y cualquier bobina puede transportar corriente más allá del nivel de saturación. Una corriente muy superior a la corriente de saturación puede dañar o fracturar el núcleo de un inductor, por lo que es esencial tener en cuenta la clasificación de corriente de saturación de un inductor. La corriente de saturación de un inductor seleccionado debe ser al menos 1,5 veces la corriente máxima a la que puede estar expuesto el inductor en el circuito. Es importante tener en cuenta las corrientes pulsantes al elegir un nivel de corriente de saturación, así como examinar cómo varía la inductancia con la corriente para garantizar el funcionamiento eficiente y esperado del inductor en un circuito.
Temperatura de Curie : a medida que la corriente aumenta más allá del nivel de saturación, el núcleo de los inductores se calienta. Puede dañarse o fracturarse, lo que provoca la pérdida de sus propiedades magnéticas cuando se calienta lo suficiente. La temperatura del núcleo más allá de la cual el inductor pierde sus propiedades magnéticas se llama temperatura de Curie . Una vez que un inductor pierde sus propiedades magnéticas, no es más que un cable de conexión. Es importante, primero, mantener los niveles de corriente por debajo de la corriente de saturación para que el inductor nunca se caliente hasta la temperatura de Curie.
Rango de temperatura ambiente : este es el rango de temperatura ambiente dentro del cual el inductor puede funcionar sin sufrir daños.
Rango de temperatura de funcionamiento : este es el rango de temperatura que un inductor puede soportar sin perder sus propiedades magnéticas ni dañarse. Normalmente, el límite de temperatura más alto en el rango de temperatura de funcionamiento es la temperatura de Curie. El rango de temperatura de funcionamiento siempre es mayor que el rango de temperatura ambiente porque cuando la corriente fluye a través de un inductor, debe calentarse en comparación con la temperatura ambiente.
Densidad de flujo magnético de saturación (B sentado ) : esta es la densidad de flujo máxima del núcleo del inductor. Esta propiedad es importante para determinar la energía magnética máxima que un inductor puede almacenar en un momento dado.
Corriente CC máxima : este es el nivel máximo de corriente continua que puede pasar a través del inductor sin sufrir daños. Se basa en la temperatura máxima (temperatura de Curie) que un inductor puede soportar a la temperatura ambiente máxima. Para señales de baja frecuencia, es directamente comparable a la corriente RMS máxima de la señal. Para señales de alta frecuencia, la corriente de saturación es una mejor referencia.
Corriente incremental : la corriente CC a través del inductor que provoca una caída en la inductancia del cinco por ciento en comparación con la inductancia con polarización CC inicial cero se llama corriente incremental . Más allá de este nivel de corriente de polarización de CC, la inductancia comienza a caer significativamente. La velocidad a la que cae la inductancia depende del material del núcleo ferromagnético, así como de la forma del núcleo del inductor. La caída de la inductancia sigue siendo lineal para los núcleos de hierro en polvo, mientras que cae a tasas no lineales para los núcleos de ferrita.
Resistencia máxima de CC : esta es la resistencia máxima ofrecida por la bobina del inductor con corriente CC o la resistencia no deseada del inductor. Al diseñar un inductor, se debe minimizar la resistencia máxima de CC. Esta propiedad siempre debe tenerse en cuenta al determinar la eficiencia energética de un inductor en un circuito determinado.
Factor de calidad (factor Q) : el factor de calidad (Q) es una indicación de las pérdidas operativas del inductor. Se define como la relación entre la reactancia inductiva y la resistencia efectiva. Tanto la reactancia inductiva como la resistencia efectiva son funciones de la frecuencia de la señal. Por este motivo, el factor de calidad siempre se indica en las fichas técnicas para una determinada frecuencia de prueba. Cuanto mayor sea el factor de calidad, más eficiente energéticamente será el inductor.
Frecuencia de autorresonancia (SFR) : debido a las vueltas de cable en la bobina del inductor, siempre hay algo de capacitancia distribuida entre los inductores. Esta capacitancia distribuida también es función de la frecuencia. A cierta frecuencia, la capacitancia y la inductancia de un inductor se igualan y se anulan entre sí. Esto se llama frecuencia de autorresonancia (SFR) . A esta frecuencia, el inductor no tiene ningún efecto de inductancia; en cambio, se comporta como una resistencia pura de alta impedancia. En SFR, el factor de calidad del inductor cae a cero. La capacitancia distribuida se modela como una capacitancia paralela a la inductancia pura del inductor. Además de la frecuencia de resonancia propia, la reactancia capacitiva debida a la bobina inductora domina la reactancia inductiva del inductor.
Coeficiente de temperatura de inductancia : el coeficiente de temperatura de inductancia indica la tasa de cambio en la inductancia por unidad centígrado. Se expresa en variación de “partes por millón” por centígrado (PPM/°C). El coeficiente de temperatura es generalmente positivo hasta que el inductor se calienta lo suficiente con la corriente de saturación. Más allá de la temperatura en la corriente de saturación, el coeficiente de temperatura se vuelve negativo. El coeficiente de temperatura permanece lineal para los núcleos de hierro en polvo, aunque generalmente no es lineal y cambia significativamente para los núcleos de ferrita. En las hojas de datos del inductor, el cambio de inductancia se indica en relación con la corriente y no con la temperatura, ya que la corriente se puede medir fácilmente en comparación con la temperatura del inductor. Por lo tanto, la curva gráfica de “inductancia típica versus características actuales” debe examinarse en una hoja de datos para verificar cualquier efecto de la temperatura sobre la inductancia.
Coeficiente de resistencia a la temperatura : al igual que la inductancia, la resistencia de CC del inductor también cambia con la temperatura. Sin embargo, esta resistencia de CC nunca excederá la resistencia de CC máxima especificada para el inductor hasta que el inductor esté dañado. El coeficiente de temperatura de resistencia indica la tasa de cambio de la resistencia de CC del inductor. Se expresa en PPM/°C. Dado que cualquier cable siempre tiene un coeficiente de temperatura positivo, el coeficiente de temperatura de la resistencia también es siempre positivo.
Interferencia electromagnética : la interferencia electromagnética de un inductor se refiere al campo magnético irradiado por el inductor. Esto puede producir inductancia mutua aditiva o sustractiva con otros inductores cercanos o puede provocar interferencias no deseadas con otros componentes magnéticamente sensibles del circuito. La interferencia electromagnética puede resultar útil cuando se necesita cierta inductancia mutua en un circuito. De lo contrario, en la mayoría de los casos, no es deseable y puede influir en la selección del inductor para un diseño y disposición de PCB determinados de un circuito.
Impedancia : la impedancia es la resistencia efectiva del inductor a la corriente alterna. Es la combinación de resistencia CC y reactancia (reactancia inductiva y reactancia capacitiva distribuida) del inductor. Generalmente se indica mediante el gráfico de características de impedancia típica en las hojas de datos del inductor. El gráfico se dibuja entre la impedancia del inductor y la frecuencia de la señal.
Actividad 10
Intenta descubrir todas las especificaciones técnicas que comentamos en esta ficha técnica del inductor.
Consulte los mercados en línea de componentes eléctricos y electrónicos y revise diferentes filtros para seleccionar un inductor.
En el próximo artículo, analizaremos diferentes tipos de inductores.