Usando Ferrites para Suprimir EMI

Em nosso mundo ideal, segurança, qualidade e desempenho são fundamentais. No entanto, o custo do componente final (que inclui a ferrite) tornou-se, em muitos casos, o factor decisivo. Este artigo foi escrito como um auxílio para o engenheiro de projeto que procura materiais alternativos de ferrita como forma de reduzir custos.

APLICAÇÕES DE FERRITE

A seguir estão três aplicações principais para ferrita macia:

1. Baixo nível de sinal2. Potência3. EMI

As características intrínsecas do material e a geometria do núcleo necessárias são determinadas por cada aplicação específica. As características intrínsecas que controlam o desempenho de aplicações de baixo nível de sinal são permeabilidade (particularmente com temperatura), baixa perda de núcleo e boa estabilidade magnética com tempo e temperatura. As aplicações incluem indutores de alto Q, indutores de modo comum, banda larga, transformadores de correspondência e de pulso, elementos de antena para rádios e transponders ativos e passivos. Para aplicações de energia as características desejáveis ​​são alta densidade de fluxo e baixas perdas na frequência e temperatura de operação. As aplicações incluem fontes de alimentação comutadas, amplificadores magnéticos, conversores CC-CC, filtros de energia, bobinas de ignição e transformadores para carregamento de baterias de veículos elétricos.

A característica intrínseca que mais influencia o desempenho da ferrita mole em aplicações de supressão é a permeabilidade complexa [1], que é diretamente proporcional à impedância do núcleo. Existem três maneiras de usar ferritas como supressores de sinais indesejados, conduzidos ou irradiados. A primeira, e menos comum, é como blindagem real, onde a ferrite é usada para isolar um condutor, componente ou circuito, de um ambiente de campos eletromagnéticos dispersos irradiados. Na segunda aplicação, a ferrita é usada com um elemento capacitivo para criar um filtro passa-baixa que é indutância – capacitância em baixas frequências e dissipativa em frequências mais altas. O terceiro e mais comum uso é quando os núcleos de ferrite são usados ​​sozinhos nos terminais dos componentes ou nos circuitos de nível de placa. Nesta aplicação, o núcleo de ferrite evita quaisquer oscilações parasitas e/ou atenua a captação ou transmissão indesejada de sinais que podem viajar ao longo dos condutores dos componentes ou fios, traços ou cabos interconectados. Tanto na segunda como na terceira aplicação, o núcleo de ferrite suprime a EMI conduzida, eliminando ou reduzindo bastante as correntes de alta frequência que emanam da fonte EMI. A introdução da ferrite proporciona uma impedância de frequência suficientemente alta que resulta na supressão das correntes de alta frequência. Teoricamente, a ferrita ideal forneceria alta impedância nas frequências EMI e impedância zero em todas as outras frequências. Na realidade, os núcleos supressores de ferrite fornecem uma impedância dependente da frequência. Baixa em frequências abaixo de 1 MHz e, dependendo do material de ferrite, a impedância máxima pode ser obtida entre 10 MHz e 500 MHz.

PERMEABILIDADE COMPLEXA

Assim como é consistente com os princípios da engenharia elétrica nos quais tensões e correntes alternadas são denotadas por parâmetros complexos, a permeabilidade de um material pode ser representada como um parâmetro complexo que consiste em uma parte real e uma parte imaginária. Isto é evidenciado em altas frequências onde a permeabilidade se separa em dois componentes. A componente real (μ') representa a porção reativa, e está em fase [2] com o campo magnético alternado, enquanto a componente imaginária (μ”) representa as perdas, e está defasada com o campo magnético alternado. Estes podem ser expressos como componentes em série (μs' μs” ) ou componentes paralelos (μp' μp”). Os gráficos das Figuras 1, 2 e 3 mostram os componentes em série da permeabilidade inicial complexa em função da frequência para três materiais de ferrita. O material tipo 73 é uma ferrita de manganês e zinco com permeabilidade inicial de 2500. O material tipo 43 é uma ferrita de níquel-zinco com permeabilidade inicial de 850. O material tipo 61 é uma ferrita de níquel-zinco com permeabilidade inicial de 125.