Cap. 3.1. Os componentes: Bobinas com Ferrite
  • Leonardo Ritter; Drano Rauteon

Cap. 3.1. Os componentes: Bobinas com Ferrite


Este artigo é dedicado a explicar detalhes sobre o material ferrite, muito utilizado em indutores. Vamos começar com uma breve história dos ferrites.

Os indutores toroidais também podem ser feitos com ferrite

Os Óxidos ferromagnéticos, também conhecidos como ferrites, são materiais cerâmicos compostos de Óxido de Ferro combinado com outros metais em estado cerâmico quebradiço. Podem ser criados em laboratório ou podem ser encontrados diretamente na natureza, como é o caso da Magnetita. Os ferrites são materiais ferromagnéticos, ou seja, podem ser magnetizados ou atraídos por ímãs.

Pode-se dizer que o primeiro ferrite utilizado pelos seres Humanos foi a Magnetita, encontrada na natureza e utilizada em bússolas na época das grandes navegações.

Já no final do século XIX, se teve o desenvolvimento científico e tecnológico necessário para a a consolidação das principais ligas feitas de ferrite e dos processos produtivos deste material nos anos 1930 e 1940, o que originou uma nova indústria que cresceu muito devido a expansão da tecnologia e do comércio de eletrônicos nos anos 1960.

O ferrite pode ser dividido em duas categorias baseado em sua coercividade: os ferrites macios e os ferrites duros.

> Os ferrites duros tem uma alta coercividade e por isso são difíceis de desmagnetizar. Este costumam ser utilizados em ímãs de sistemas de refrigeração e também em alto-falantes. Nos Ferrites duros é utilizado Ferro misturado com metais duros, tais como o Cobalto, Bário e Estrôncio.

> Os ferrites moles possuem uma coercividade baixa, tendo então poucas perdas ao magnetizar e desmagnetizar o material, o tornando excelentes para aplicações em eletrônica de potência. Estes Ferrites são feitos de Ferro misturado à materiais leves, isto é, Manganês, Zinco ou Níquel.

Na imagem acima, indutores SMD com núcleo de Ferrite

Quanto as propriedades magnéticas, os ferrites possuem uma cadeia cristalina muito grande, onde os átomos de metais ocupam posições muito bem definidas em relação aos átomos de Oxigênio. Os ferrites macios possuem, geralmente, uma estrutura cúbica do tipo espinélio e com fórmula genérica "MeFe2O4", onde o "Me " representa um ou mais metais de transição, podendo ser Zinco, Cobre, Níquel, Cobalto, Ferro ou Manganês.

Observe o desenho abaixo com a estrutura cúbica do tipo espinélio mencionado no texto:

Os ferrites macios feitos à base de Níquel - Zinco e os feito de Manganês - Zinco são os mais comuns e são detalhados a seguir:

Ferrite de Níquel - Zinco

Os Ferrites de Níquel - Zinco oferecem uma alta resistividade elétrica e uma permeabilidade magnética "moderada". A permeabilidade magnética deste material pode variar de 15 à 1.500. Por possuir estas características, o Ferrite Ni-Zn pode ser empregado em circuitos de alta frequência, acima dos 2 Mhz até centenas de Mhz.

Os Ferrites Ni-Zn são muito bons para a construção de componentes, pois possuem uma alta resistência, como foi dito, e são moles, isto é, não retém o magnetismo, portanto não trazem muitas perdas.

Ferrites de Manganês - Zinco

Os ferrites de Manganês - Zinco possuem uma baixa resistividade elétrica, se comparado com os de Ni-Zn, e são fáceis de serem encontrados no mercado. Eles possuem uma alta permeabilidade magnética, que varia de 750 à 30.000.

Em transformadores de fontes automotivas e transformadores de potência, como por exemplo flybacks, push-pull e outros, os ferrites mais utilizados são os com média permeabilidade magnética (próximo dos 2.500).

Estes ferrites são comumente utilizados em aplicações de até 2 Mhz. Podemos citar como exemplo de aplicações de ferrites Mn-Zn as fontes chaveadas (não são muito recomendados), transformadores de corrente e indutores de modo comum. As principais vantagens em comparação com o Aço-Elétrico são as baixas perdas e o bom resultado por se conseguir reduzir o tamanho e aumentar o rendimento dos componentes.

CURIOSIDADE: Ferrites de Ni-Zn são utilizados em núcleos de indutores de modo diferencial. Adicionando um "gap" no caminho magnético, este tipo de Ferrite oferece bom desempenho em filtros de saída. Estes Ferrites também podem ser utilizados em transformadores de corrente de alta frequência.

CURIOSIDADE: Ferrites de Mn-Zn de alta permeabilidade magnética (acima dos 5.000) são ideais para indutores de modo comum. A principal vantagem é conseguir indutâncias maiores utilizando menos espiras, diminuindo o tamanho do indutor e os custos por utilizar menos fio de cobre na bobina. Em fontes chaveadas não são muito recomendados pois apresentam maiores perdas e o volume ocupado por um componente com núcleo de Ferrite Mn-Zn é quase o mesmo volume ocupado por um componente com núcleo de Ni-Zn.

CURIOSIDADE: Em rádio frequência e supressão de sinal elétrico do ambiente, os Ferrites são mais eficazes em larguras de banda acima de 100 Megahertz. Nessas faixas de frequência, o indutor pode substitui o capacitor, que começa a dar problemas de ressonância do circuito na filtragem de sinais acima de 75 Mhz. Os indutores podem ser projetados para impedir baixas frequências, normalmente inferiores a 10 Mhz, tornando o ferrite excelente para aplicações de filtragem de ruídos em corrente alternada e corrente contínua.

CURIOSIDADE: Um anel de ferrite pode ser utilizado num cabo para protege-lo de interferências eletromagnéticas. Isso é comum em cabos que transferem sinais de vídeo, como por exemplo o VGA, HDMI, DVI, DisplayPort. Próximo às extremidades do cabo há um trecho mais grosso, onde está um anel de ferrite encapado. Esta capa de plástico termo-retrátil tem o objetivo de protege-lo, já que ele é quebradiço e pode estar suscetível a choques mecânicos. Veja a imagem de um isolante magnético de ferrite num cabo abaixo:

Nos cabos USB também pode haver um anel de Ferrite. Em mouses e teclados, este anel de ferrite pode estar dentro do dispositivo. Abaixo, a imagem da placa de um mouse com os fios da interface USB enrolados em um anel de ferrite próximo à placa:

No mouse, teclado e alguns outros dispositivos, a capa de plástico não é adicionada pois, o anel de Ferrite está preso no cabo na parte interna do aparelho, não necessitando de proteção especial.

Este foi uma breve descrição sobre o ferrite, muito utilizado em indutores e bobinas em geral.

Gostou do artigo? Ficou com alguma dúvida? Mande suas palavras para hardwarecentrallr@gmail.com

Não deixe de compartilhar nas redes sociais e também de deixar o seu like!

FONTES e CRÉDITOS

Texto: Leonardo Ritter

Imagens: Google Imagens

Fontes: Mecânica Industrial (site); IMAshop; Magmattec.

Ultima atualização: 22 de Julho de 2019.


0 visualização

© 2019 Hardware Central Tecnologia Entretenimento e Comunicação do Brasil Ltda. Todos os direitos reservados.

Wix Editor / Revisão da web page: 3.0/2019 (07/10/19)