Inductores, Toroid o EE Core?

Una buena razón para mantenerse alejado de los toroides es que no se pueden colocar huecos en ellos porque son un solo bulto sólido. Sin embargo, con las ferritas de EE puede lijar fácilmente la extremidad central (o colocar espaciadores finos) y hacer huecos bastante precisos, pero ¿por qué querría hacer esto? Oigo decir a la gente.

Se trata de maximizar el rendimiento de potencia para un tamaño de núcleo y una frecuencia de operación determinados. A veces (de hecho, con bastante frecuencia), es necesario hacer un pequeño espacio para reducir la permeabilidad en 10 a 1. Una reducción de diez significa que necesita más devanados para obtener la misma inductancia, pero solo necesita el \ $ \ sqrt { 10} \ $ más devanados. Esto significa que puede entregar un campo H más grande al primario y tener menos saturación de núcleo.

Esto se debe a que el campo H es amperios-vueltas por metro, donde la parte "por metro" es la longitud magnética media del núcleo: -

Porlotanto,paralamismainductancia(y,porlotanto,lacorrientedelabobina),losgirosaumentaronen\$\sqrt{10}\$yestohacequeelcampoH\$\sqrt{10}\$seamayorpero,debidoalapermeabilidad.sehareducidoen10:1,elcampoBsehareducidoen\$\sqrt{10}\$apesardequeelcampoHhaaumentadoen\$\sqrt{10}\$.EstosedebealacurvaBH:-

Enpocaspalabras,aldisminuirlapermeabilidad,larelaciónB:Hdisminuye.Esporesoqueesposiblequedeseeexperimentarconbrechas.Lafórmulaparalapermeabilidadesperadacuandolaseparaciónes:-

\$\mu_e=\dfrac{1}{\dfrac{1}{\mu_r}+\dfrac{l_g}{l_e}}\$

Donde\$l_g\$y\$l_e\$sonlasbrechasylaslongitudesmediasrespectivamente.Estafórmulaseaplicaalasbrechasbastantepequeñasquenocausanmuchasfranjas.\$\mu_e\$y\$\mu_r\$sonlaspermeabilidadesvacíasysinespacios.Porlotanto,sitieneunnúcleoquetieneunapermeabilidadrelativasinhuecosde900einsertaunabrechadel1%delalongitudmedia,lapermeabilidadconbrechasseríade90.

Tambiéndebetenerencuentalacapacidaddelmaterialcentralparamanejarlafrecuenciadeoperación.Tomemosporejemploelmaterial3F3(unoconelquehetrabajadorecientemente):-

Lalíneacontinuaeslapermeabilidadrealylalíneadepuntosesefectivamentelaspérdidas.Paraestematerial,megustaríaoperarunaaplicacióndepotenciaanomásde1MHz:habráuncalentamientosignificativodelnúcleoenestafrecuencia,perodeberíaestarbien.Sinembargo,paraqueuninductorpermanezcaestable,nolooperaríaaunafrecuenciasuperioraunos300kHzyestoesparaevitarcalentardemasiadoelnúcleo.Elcalentamientodelnúcleocambiarálapermeabilidadyalteraráelvalordelainductancia:-

A25gradoscentígrados,lapermeabilidadrelativaes2000ysi,atravésdelaspérdidasdelnúcleo,latemperaturaaumentaa50gradoscentígrados,entonceslapermeabilidadrelativaaumentaa2500.Estosignificaquelainductanciatambiénaumentaenun25%.Sinembargo,siseusanbrechasyseusangirosadicionalesparacompensaresasbrechas,losefectosdelatemperaturaseaplananconsiderablemente.

Considereelmaterial3F3sintapardelapermeabilidadrelativa2000queseelevaa2500.Ahoraconsiderecuálessonlasdospermeabilidadesrelativascuandosedejaunespacioen(digamos)0.1%delalongitudmedia.Sirealizaloscálculos,obtiene667y714,esdecir,unaumentodel7.1%(enoposiciónauncambioenlapermeabilidadsinhuecosdel25%).Unabrechade0.5%produciríapermeabilidades"antes" y "después" de 181.8 y 185.2, es decir, un cambio de 1.9% y mucho más razonable para un inductor en (digamos) un filtro o un oscilador.

Recuerde, el aumento de la temperatura no tiene que venir del autocalentamiento para afectar la permeabilidad; también se deben considerar los cambios en la temperatura ambiente, pero el espaciado es una herramienta muy fuerte para mantener los cambios de inductancia bajo un control estricto.

He trabajado tanto en EE como en diseños toroidales para los inductores PFC. Ambos tienen ventajas y desventajas.

Con un núcleo de tipo EE, puede controlar la separación para una inductancia precisa. Obtendrá una curva plana de inductancia contra polarización hasta que alcance el punto de saturación, momento en el que la inductancia disminuirá drásticamente. La elección del material de núcleo en EE es (según mi experiencia) más amplia de lo que se puede obtener en forma toroidal, por lo que a menudo se pueden obtener opciones de materiales de menor pérdida.

Muchos de los núcleos toroidales para PFC tienen una construcción de 'brecha distribuida'; un ejemplo es Kool-Mu de Magnetics Inc., pero hay muchos otros. Este material tiende a tener una menor permeabilidad pero tiene una reducción de la inductancia muy gradual bajo sesgo, algunos afirman que es "imposible" saturar un estrangulador de Kool-Mu PFC - no es del todo cierto pero pueden correr bajo corrientes de polarización muy pesadas y sobrevivir . Esto se denomina "estrangulamiento oscilante" en el lenguaje de la fuente de alimentación. Tener una mayor inductancia en cargas más livianas puede ser beneficioso si está tratando de permanecer en DCM.

Para prototipado me gustan los toroides. Simplemente puedes enrollarlos e instalarlos. Un inductor EE-core necesita una bobina, puede necesitar material de separación, pegamento o epoxi para mantener el espacio, etc., etc., etc. Dicho esto, no hay ninguna razón eléctrica no para usar lo que tiene a mano: funcionará bien si su diseño es correcto y el material principal es apropiado.