Cómo funcionan los collares de ferrita y cómo elegir el correcto

A veces desearía poder ver las ondas electromagnéticas. Facilitaría la detección de la IEM. En lugar de tener que perder el tiempo con configuraciones complicadas y analizadores de señal, podría mirar y ver de qué se trata todo el alboroto. Aunque probablemente no pueda ver la IEM, a veces puede oírla cuando llega a través de los circuitos de audio. Una posible solución para este tipo de interferencia es un núcleo de ferrita. Desafortunadamente, los collares de ferrita pueden ser un poco misteriosos. Para poder usarlos correctamente necesitará entender sus características electromagnéticas y cómo cambian durante el uso. Después de tener una idea de la teoría detrás de las ferritas, tendrá que seleccionar cuidadosamente una para su placa. Si no lo hace, podría terminar causando más problemas de los que soluciona.

La teoría detrás de los collares de ferrita

Los collares de ferrita se utilizan para atenuar las señales de alta frecuencia. Eso podría tentarlo a pensar en ellas como inductores, pero son un poco más complejas que eso. El modelo de circuito simplificado de un collar de ferrita le ayudará a comprender sus características de frecuencia. Sin embargo, estos atributos pueden cambiar en función de la corriente y la temperatura.

Una esfera de ferrita  puede modelarse como inductor, condensador y resistor en paralelo, con una resistencia en serie delante de ellos. La resistencia de serie representa la resistencia a las corrientes de CC. El inductor es el componente primario para atenuar las señales de alta frecuencia. La resistencia paralela significa pérdidas de corriente de CA. El condensador muestra una capacitancia parasitaria. Al observar la curva de impedancia vs. la frecuencia de un collar de ferrita, se puede ver que la impedancia, que es mayormente resistiva, es extremadamente alta en una banda delgada. En esa sección es donde domina la inductancia del collar. Por encima de esa banda, la capacitancia parásita toma el control y rápidamente reduce la impedancia de alta frecuencia.

Los collares se clasifican generalmente para una cierta corriente de CC. Los amperajes por encima del valor especificado pueden dañar el componente. Lo problemático es que este límite se ve drásticamente afectado por el calor. A medida que la temperatura aumenta, la corriente nominal disminuye rápidamente. La corriente nominal también afecta la impedancia de la ferrita. A medida que aumenta la CC, un collar de ferrita "saturará" y perderá inductancia. Con corrientes relativamente altas, la saturación puede reducir la impedancia hasta en un 90%.

La corriente de carga puede cambiar la impedancia de su ferrita.
 

Cómo elegir el collar correcto

Ahora que ya conoce la teoría de la ferrita, es hora de elegir una para su circuito. Esto no es muy difícil, solo hay que prestar atención a las especificaciones del collar.

Mucha gente sabe que los collares de ferrita "atenúan las altas frecuencias". Sin embargo, los collares no actúan como un filtro de paso bajo de banda ancha, ya que solo pueden ayudarle a detener un rango específico de frecuencias. Debe elegir una ferrita donde se encuentren sus frecuencias indeseadas en su banda resistiva. Si usted va un poco demasiado bajo o un poco demasiado alto, el collar no tendrá el efecto deseado.

También debe verificar si el fabricante puede proporcionarle las curvas de impedancia vs. la corriente de carga para los collares. Si sus corrientes de carga son muy altas, necesitará seleccionar un collar que pueda manejarlas sin saturarlas ni perder su impedancia.

Precauciones

Los collares de ferrita son esencialmente cargas resistivas a altas frecuencias, lo que significa que pueden causar algunos problemas en su circuito. Cuando coloque un collar, tendrá que pensar en la pérdida de voltaje y la disipación del calor.

En los días de los circuitos de alto voltaje, la pérdida de voltaje no era gran cosa. Ahora tenemos muchos circuitos de baja potencia que pueden usar voltajes de alrededor de 2 V. En esos niveles, no puede darse el lujo de perder mucho. Los collares de ferrita causan necesariamente una pérdida de tensión continua en su circuito. Puede que no parezca demasiado, pero si sus circuitos integrados (CIs) tienen un estado corto de consumo de corriente alta, la pérdida podría llegar a ser significativa. Coloque sus collares de ferrita donde no causen problemas de pérdida de voltaje.

Puesto que los collares de ferrita son resistivos a altas frecuencias, disipan principalmente la energía absorbida como calor. Este calor no es necesariamente un problema, pero si lo olvida al diseñar su sistema de enfriamiento activo o pasivo, puede llegar a serlo. Si su sistema es especialmente ruidoso y el collar absorberá muchas frecuencias altas, este calor podría convertirse en un problema. Asegúrese de tener en cuenta la disipación de calor del collar.

La corriente de carga puede cambiar la impedancia de su ferrita.

Los collares de ferrita pueden ser muy útiles, pero solo si entiende exactamente cómo funcionan. Recuerde que atenúan las señales en una banda bastante pequeña, y su eficacia depende de la temperatura y corriente de carga. Para poder utilizar mejor un collar de ferrita, debe asegurarse de que cumple con sus especificaciones exactas. Luego, al colocar el collar, asegúrese de tener en cuenta la pérdida de voltaje y el calor.

Puede ser difícil lidiar con cosas como los collares de ferrita, pero diseñar su circuito no tiene por qué serlo. Altium Designer es un software de diseño de PCB de última generación con herramientas que pueden ayudarle a crear un circuito óptimo. Incluso tiene complementos como el analizador de red de suministro de energía eléctrica, que puede ayudarle a solucionar problemas como la pérdida de voltaje y la disipación de calor.

Si tiene más preguntas sobre los collares de ferrita, comuníquese con un experto de Altium.