En los tutoriales anteriores, analizamos el concepto básico de un inductor, las propiedades de un inductor y los diferentes tipos de inductores. Ahora es el momento de saber cómo seleccionar un inductor para un circuito determinado. Afortunadamente, se diseñan diferentes tipos de inductores para adaptarse a aplicaciones específicas. Por lo tanto, para cualquier aplicación, hay disponible exclusivamente un tipo de inductor o, como máximo, dos o tres tipos para elegir. Consulte el artículo anterior para conocer los diferentes tipos de inductores y sus aplicaciones. Para las aplicaciones más comunes, se prefieren bobinas de solenoide, toroides o núcleos tipo pote. Para seleccionar entre ellos, son importantes las siguientes consideraciones:
- Si el circuito requiere el uso de múltiples inductores que deben o pueden tener alguna inductancia mutua, se pueden usar bobinas de solenoide. Las bobinas de solenoide son económicas, están ampliamente disponibles y son fáciles de diseñar y solucionar problemas. Sin embargo, las bobinas de solenoide son generalmente bastante voluminosas en comparación con otros tipos de inductores. Aún así, estos pueden preferirse primero si la interferencia electromagnética o la inductancia mutua no son una preocupación importante para el circuito.
- Si el circuito no requiere inductancia mutua o no hay interferencia electromagnética del inductor con ningún otro componente del circuito, entonces se deben preferir los toroides en primer lugar. Los toroides son de tamaño pequeño, tienen un alto valor de inductancia y casi no tienen interferencias electromagnéticas. Si se desea inductancia mutua entre diferentes bobinas, se pueden enrollar en el mismo núcleo.
- Los Pot Cores ofrecen ventajas similares a las de los toroides. Sin embargo, estos son bastante caros debido a su compleja construcción. No es fácil encontrar núcleos pot para aplicaciones de alta potencia. Los núcleos de las ollas también tienen una exposición limitada a la circulación del aire, por lo que pueden experimentar problemas de calentamiento. Aún así, los núcleos de los potenciómetros son muy robustos, ofrecen un mejor blindaje y pueden montarse más fácilmente en placas de circuito impreso.
Al seleccionar un inductor para un circuito determinado, elegir el tipo de inductor es bastante sencillo. Las preocupaciones importantes al seleccionar un inductor son siempre las características deseadas. Primero, para cualquier circuito, el ingeniero proporciona o debe derivar un valor deseado de inductancia. Es necesario elegir un inductor del mismo valor nominal. El siguiente aspecto importante que hay que considerar es la tolerancia. Se debe verificar que la variación de la inductancia no afecte el rendimiento del circuito. En consecuencia, se debe elegir un inductor con la tolerancia adecuada.
El resto de los parámetros pueden ser específicos del circuito o de la aplicación. Básicamente, es importante comprobar la corriente de saturación del inductor seleccionado. La corriente de saturación del inductor elegido debe ser al menos 1,5 veces o el doble de los niveles de corriente CC o RMS a los que puede estar expuesto el inductor en el circuito. Para garantizar el rendimiento deseado del inductor, también se debe verificar la corriente incremental y la corriente continua máxima. Factores como la corriente de saturación, la corriente incremental y la corriente continua máxima juegan un papel crucial, especialmente cuando el inductor seleccionado tiene un núcleo de ferrita.
Si el circuito necesita ser muy eficiente energéticamente, como en aplicaciones de acoplamiento o circuitos de suministro de energía, la resistencia de CC, la impedancia y el factor de calidad son propiedades importantes que se deben verificar. De manera similar, en circuitos sensibles a la frecuencia, como los circuitos de filtro, la frecuencia de resonancia propia del inductor juega un papel importante. De manera similar, en circuitos sensibles a la temperatura, el coeficiente de temperatura de la inductancia, el coeficiente de temperatura de la resistencia, el rango de temperatura ambiente, el rango de temperatura de funcionamiento y la temperatura de Curie son factores importantes que esencialmente deben verificarse. El problema de la interferencia electromagnética se puede resolver la mayor parte del tiempo eligiendo el tipo de inductor correcto, es decir, núcleo toroidal o potenciómetro, si se debe evitar la EMI.
Valores estándar de inductores.
Al igual que las resistencias y los condensadores, los inductores también están disponibles en valores estándar, según la Serie E. Para obtener más información sobre los valores estándar de resistencias, condensadores, inductores y diodos Zener, consulte el siguiente artículo, “Electrónica básica 08 – Lectura. de Valor, Tolerancia y Potencia de las Resistencias”.
Combinación en serie y paralelo de inductores.
Puede que no siempre sea posible obtener el valor exacto de la inductancia requerida. En este caso, se puede utilizar una combinación de inductores en serie o en paralelo para obtener la inductancia deseada. Cuando los inductores se conectan en serie, su inductancia equivalente es la suma de las inductancias de la siguiente manera:
Serie L = L 1 + L 2 + L 3 + . . . .
Cuando los inductores se conectan en paralelo, su inductancia equivalente viene dada por la siguiente ecuación:
1/L Paralelo = 1/L 1 + 1/L 2 + 1/L 3 + . . . .
La ecuación para combinar inductancias en serie se deriva del hecho de que la suma de las caídas de voltaje en todos los inductores conectados en serie será igual al voltaje aplicado mientras la misma corriente pasa por todos los inductores de la rama. La ecuación para la combinación en serie de inductancias se deriva de la siguiente manera:
V Total =V L1 +V L2 +V L3 + . . . .
-Serie UE * di/dt = -L 1 * di/dt + (-L 2 * di/dt) + (-L 3 * di/dt) + . . . .
Serie L = L 1 + L 2 + L 3 + . . . .
La ecuación para la combinación en paralelo de inductancias se deriva del hecho de que la suma de las corrientes a través de todas las inductancias conectadas en paralelo será igual a la corriente total, mientras que el voltaje a través de ellas seguirá siendo el mismo. La ecuación para la combinación paralela de inductancias se deriva de la siguiente manera:
Yo = i1 + i2 + i3 + . . . .
1/L Paralelo * ∫V.dt = 1/L 1 * ∫V.dt + 1/L 2 * ∫V.dt + 1/L 3 * ∫V.dt + . . . . .
1/L Paralelo = 1/L 1 + 1/L 2 + 1/L 3 + . . . .
Las ecuaciones anteriores se derivan considerando que los inductores no tienen ninguna inductancia mutua.
Inductancia mutua
Prácticamente todos los inductores tienen alguna inductancia mutua. La interferencia electromagnética es muy evidente en el caso de las bobinas de solenoide, mientras que los toroides, los núcleos de potenciómetros y los inductores de líneas de transmisión están bien blindados para mostrar cualquier inductancia mutua significativa. La inductancia mutua entre dos inductores depende del valor de su inductancia y del coeficiente de acoplamiento entre ellos. Se mide en la misma unidad que la inductancia y se indica con la letra "M". La siguiente ecuación da el valor de la inductancia mutua entre dos inductores:
M = k*(L 1 *UE 2 ) 1/2
Aquí, k es el coeficiente de acoplamiento. Puede tener un valor de 0 a 1. Si dos inductores están bien blindados y no presentan interferencias electromagnéticas, el valor de k es 0 y la inductancia mutua entre los inductores es cero.
La inductancia mutua es muy evidente cuando los inductores (particularmente bobinas solenoides) están conectados en serie. La inductancia mutua puede ser aditiva o sustractiva. Cuando los inductores se conectan cerca uno del otro para que la corriente fluya a través de ellos en la misma dirección, refuerzan los campos magnéticos de cada uno. Por tanto, la inductancia mutua es aditiva en este caso. La siguiente ecuación proporciona la inductancia efectiva en este caso:
L = L 1 + L 2 + 2M = L 1 + L 2 + 2* k*(L 1 * L 2 ) 1/2
Cuando los inductores se conectan cerca uno del otro para que la corriente fluya a través de ellos en direcciones opuestas, los campos magnéticos a través de los inductores se oponen a los campos magnéticos de cada uno. En este caso, la inductancia mutua es sustractiva. La inductancia efectiva, entonces, viene dada por la siguiente ecuación:
Yo = Yo 1 + Yo 2 – 2M = L 1 + Yo 2 – 2*k*(L 1 * Yo 2 ) 1/2
En el próximo artículo, analizaremos la lectura de paquetes de inductores.
