No artigo anterior, discutimos os fundamentos e princípios de funcionamento de um indutor. Também aprendemos sobre alguns tipos comuns de indutores, como bobinas solenoidais, toróides, núcleos de pote e indutores de linha de transmissão. Os indutores vêm em uma variedade de outros tipos com base na construção. Ao selecionar um indutor para um determinado circuito, é importante compreender suas diversas especificações e características não ideais.
Estas especificações elétricas permanecem comuns entre todos os tipos de indutores. Diferentes tipos de indutores são apenas construções específicas de aplicações ou circuitos. Ao contrário dos capacitores ou resistores, é relativamente fácil selecionar um tipo de indutor para uma determinada aplicação. Os diferentes tipos de capacitores e resistores têm áreas de aplicação um tanto sobrepostas. Conforme discutido em artigos anteriores, vários fatores são responsáveis pela sua seleção.
As diferentes especificações elétricas são úteis para determinar a função e a eficiência de um indutor para um determinado circuito ou aplicação, em vez de selecionar um tipo ou indutor específico. As principais especificações técnicas associadas aos indutores são as seguintes:
Indutância Nominal – A primeira especificação que precisa ser considerada é a indutância nominal de um indutor – ou o valor da indutância que o indutor deve oferecer em uma determinada frequência e tensão. A indutância nominal é geralmente expressa em Microhenry, Millihenry ou Henry. Geralmente, os engenheiros recebem o valor da indutância necessária na folha de dados ao usar um IC ou no caso de circuitos analógicos; ou precisam derivar o valor da indutância necessária de acordo com a aplicação ou circuito. Por exemplo, um engenheiro pode precisar derivar o valor da indutância necessária para um circuito de filtro. A indutância de um indutor depende do material usado como núcleo, formato do núcleo, número de voltas da bobina, formato e tamanho do indutor.
Tolerância – A indutância, assim como a capacitância, é uma propriedade dinâmica. Pode mudar com a frequência do sinal, temperatura e corrente. É, portanto, sempre importante considerar a tolerância indutiva de um indutor. A tolerância é a variação máxima no valor da indutância sob todas as condições de teste possíveis. Idealmente, a indutância não deve variar além da tolerância indicada sob nenhuma condição, caso contrário poderá ser danificada devido ao uso ou aplicação inadequada. Os indutores podem ter tolerância de +/- 1%, +/- 2%, +/- 3%, +/- 5%, +/- 10%, +/- 15% ou +/- 20%. A tolerância é indicada pelas seguintes letras:
Corrente de saturação – Como já discutido, os indutores que utilizam núcleos ferromagnéticos além de um nível de corrente crítica apresentam queda na indutância. Este nível atual é indicado como Corrente de saturação. A queda na indutância pode ser de até dez por cento em indutores projetados com núcleos de ferrite e de até 20 por cento em indutores que usam ferro alimentado como núcleo. Esta queda na indutância é o resultado da limitação do material do núcleo em armazenar uma certa quantidade máxima de fluxo magnético. A capacidade de transporte de corrente de um indutor depende da espessura da bobina, e qualquer bobina pode permitir corrente além do nível de saturação. Uma corrente grande além da corrente de saturação pode danificar ou fraturar o núcleo de um indutor, por isso é essencial observar a classificação da corrente de saturação de um indutor. A corrente de saturação de um indutor selecionado deve ser pelo menos 1,5 vezes a corrente máxima à qual o indutor pode ser exposto no circuito. É importante levar em consideração quaisquer correntes pulsantes ao escolher um nível de corrente de saturação, bem como examinar como a indutância varia com a corrente para garantir a operação eficiente e esperada do indutor em um circuito.
Curie Temperatura – À medida que a corrente aumenta além do nível de saturação, o núcleo dos indutores aquece. Ele pode ser danificado ou fraturado, levando à perda de suas propriedades magnéticas quando aquece o suficiente. A temperatura do núcleo além da qual o indutor perde suas propriedades magnéticas é chamada Curie Temperatura. Uma vez que um indutor perde suas propriedades magnéticas, ele não passa de um fio de conexão. É importante, em primeiro lugar, manter os níveis de corrente abaixo da corrente de saturação para que o indutor nunca aqueça até a temperatura Curie.
Faixa de temperatura ambiente – Esta é a faixa de temperatura ambiente dentro da qual o indutor pode operar sem ser danificado.
Faixa de temperatura operacional – Esta é a faixa de temperatura que um indutor pode suportar sem perder suas propriedades magnéticas ou danificar-se. Normalmente, o limite de temperatura mais alto na faixa de temperatura operacional é a temperatura Curie. A faixa de temperatura operacional é sempre maior que a faixa de temperatura ambiente porque quando a corrente flui através de um indutor, ele deve aquecer em comparação com a temperatura ambiente.
Densidade de fluxo magnético de saturação (BSentado) – Esta é a densidade de fluxo máxima do núcleo do indutor. Esta propriedade é importante para determinar a energia magnética máxima que um indutor pode armazenar a qualquer momento.
Corrente CC Máxima – Este é o nível máximo de corrente contínua que pode passar pelo indutor sem nenhum dano. É baseado na temperatura máxima (temperatura Curie) que um indutor pode suportar na temperatura ambiente máxima. Para sinais de baixa frequência, é diretamente comparável à corrente RMS máxima do sinal. Para sinais de alta frequência, a corrente de saturação é uma referência melhor.
Corrente incremental – A corrente CC através do indutor que causa uma queda na indutância em cinco por cento em comparação com a indutância na polarização CC zero inicial é chamada corrente incremental. Além deste nível de corrente de polarização CC, a indutância começa a cair significativamente. A taxa na qual a indutância cai depende do material ferromagnético do núcleo, bem como do formato do núcleo do indutor. A queda na indutância permanece linear para núcleos de ferro em pó, enquanto cai em taxas não lineares para núcleos de ferrite.
Resistência máxima CC – Esta é a resistência máxima oferecida pela bobina do indutor com corrente DC ou a resistência indesejada do indutor. No projeto de um indutor, a resistência CC máxima deve ser minimizada. Esta propriedade sempre precisa ser considerada ao determinar a eficiência energética de um indutor em um determinado circuito.
Fator de qualidade (fator Q) – O Fator de Qualidade (Q) é uma indicação das perdas operacionais do indutor. É definido como a razão entre a reatância indutiva e a resistência efetiva. Tanto a reatância indutiva quanto a resistência efetiva são funções da frequência do sinal. É por isso que o fator de qualidade é sempre indicado nas fichas técnicas para uma determinada frequência de teste. Quanto maior o fator de qualidade, mais eficiente em termos energéticos é o indutor.
Frequência Auto-Ressonante (SFR) – Devido às voltas do fio na bobina do indutor, sempre há alguma capacitância distribuída nos indutores. Essa capacitância distribuída também é função da frequência. Em uma certa frequência, a capacitância e a indutância de um indutor tornam-se iguais e se cancelam. Isso é chamado Frequência Auto-Ressonante (SFR). Nesta frequência, o indutor não apresenta nenhum efeito de indutância; em vez disso, ele se comporta como resistência pura de alta impedância. No SFR, o fator de qualidade do indutor cai para zero. A capacitância distribuída é modelada como uma capacitância paralela à indutância pura do indutor. Além da frequência auto-ressonante, a reatância capacitiva devida à bobina do indutor domina a reatância indutiva do indutor.
Coeficiente de temperatura de indutância – O Coeficiente de Temperatura da Indutância indica a taxa de mudança na indutância do indutor por unidade centígrada. É expresso em variação de “partes por milhão” por centígrados (PPM/°C). O coeficiente de temperatura é geralmente positivo até que o indutor aqueça o suficiente na corrente de saturação. Além da temperatura na corrente de saturação, o coeficiente de temperatura torna-se negativo. O coeficiente de temperatura permanece linear para núcleos de ferro em pó, embora seja geralmente não linear e muda significativamente para núcleos de ferrite. Nas fichas técnicas do indutor, a mudança na indutância é indicada em relação à corrente e não à temperatura, pois a corrente é facilmente mensurável em comparação com a temperatura do indutor. Portanto, a curva gráfica de “características típicas de indutância versus corrente” deve ser examinada em uma folha de dados para verificar quaisquer efeitos da temperatura na indutância.
Coeficiente de temperatura de resistência – Assim como a indutância, a resistência CC do indutor também muda com a temperatura. No entanto, esta resistência CC nunca excederá a resistência CC máxima especificada para o indutor até que o indutor seja danificado. O coeficiente de temperatura de resistência indica a taxa de variação da resistência DC do indutor. É expresso em PPM/°C. Como qualquer fio tem sempre um coeficiente de temperatura positivo, o coeficiente de temperatura da resistência também é sempre positivo.
Interferência eletromagnética – A interferência eletromagnética de um indutor refere-se ao campo magnético irradiado do indutor. Isto pode produzir indutância mútua aditiva ou subtrativa com outros indutores nas proximidades ou pode levar a interferência indesejada em outros componentes magneticamente sensíveis do circuito. A interferência eletromagnética pode ser útil quando alguma indutância mútua é necessária em um circuito. Caso contrário, na maioria dos casos, é indesejado e pode influenciar a seleção do indutor para um determinado projeto e layout de PCB de um circuito.
Impedância – Impedância é a resistência efetiva do indutor à corrente alternada. É a combinação da resistência DC e da reatância (reatância indutiva e reatância capacitiva distribuída) do indutor. Geralmente é indicado pelo gráfico típico de características de impedância nas folhas de dados dos indutores. O gráfico é desenhado entre a impedância do indutor e a frequência do sinal.
Atividade 10
Tente descobrir todas as especificações técnicas que discutimos nesta ficha técnica do indutor.
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No próximo artigo, discutiremos diferentes tipos de indutores.