Como Usar Miçangas, Chips, Núcleos e Placas de Ferrite

Mencione a palavra ferrita perto de alguns projetistas de circuitos, e a mente provavelmente salta para "miçanga de ferrita". Esses componentes geralmente são inseridos em um projeto com uma intenção simples: bloquear tudo, exceto a corrente contínua. Muito simplesmente, as miçangas de ferrita, não importa o seu formato, destinam-se a ser um circuito de passa-baixa simples. Mas e sobre outros tipos de ferritas? Como a funcionalidade elétrica delas se compara a uma simples miçanga de ferrita?

Há vários tipos de ferritas a considerar no uso em seu projeto. Embora todos obedeçam às mesmas leis da física, eles podem fornecer diferentes funções em seu projeto, dependendo do seu formato e colocação. Em particular, existem alguns problemas que uma ferrita alternativa pode resolver que não podem ser abordados com uma miçanga de ferrita.

Diferentes Ferritas, Diferentes Aplicações

Comece a olhar para alguns sites de fabricantes de componentes, e você encontrará uma terminologia mista em torno de pérolas de ferrite. Algumas empresas usarão o nome correto de um produto ao descrever ferrites, enquanto outros guias de produtos simplesmente chamarão tudo de pérola de ferrite. Então, existem as placas de ferrite, que não são fornecidas por todos os fabricantes de pérola de ferrite. Algumas diretrizes de EMI também se referirão ao termo genérico “pérola de ferrite” ao indicar qual componente é a sua solução mágica para EMI, e tipicamente sem especificar como ou onde colocar o componente.

O ponto de usar um ferrite é aproveitar a alta susceptibilidade magnética dos materiais ferrimagnéticos para suprimir ruído e radiação. Esses materiais têm um alto valor de μ na equação de indutância padrão. Quando usados como indutores, o alto valor de μ é o que lhe dá uma grande indutância para um pacote fisicamente pequeno. Para desfazer toda a confusão, vamos olhar para cada uma dessas opções de ferrite para ver qual é a melhor opção para o seu sistema.

Núcleo de Ferrite

Esta é a referência mais comum a uma pérola de ferrite que você encontrará em fóruns, guias e em outros lugares. Muitas vezes, fazemos um trabalho ruim ao diferenciar isso de um indutor, pérola de ferrite montada em placa e filtro de modo comum por razões que veremos em breve. Alguns fabricantes de ferrite chamarão isso de filtro de ferrite ou braçadeira de ferrite em vez de núcleo de ferrite, e fica confuso porque alguns fabricantes usam esses termos de forma intercambiável para algo mais (seja filtros de modo comum ou diferencial, ou ferrites em chip). Esteja atento a isso ao considerar o uso de ferrites toroidais para prender cabos de alimentação e ao olhar produtos no site de um fabricante.

Não importa o termo usado para se referir a este componente, a intenção é que seja colocado em um cabo de alimentação que entra no sistema com a ideia de suprimir ruído de modo comum conduzido vindo da rede. Às vezes, você verá isso como um núcleo toroidal envolvendo o cabo de saída do seu plugue de alimentação DC. Se você está lendo isso no seu laptop, provavelmente há um núcleo de ferrite no cabo de alimentação.

Pérolas de Ferrite em Chip

Esses componentes são basicamente destinados a serem indutores com um núcleo de ferrite em um pequeno pacote SMD com padrão de contatos padronizado. Eles também são frequentemente chamados de "contas de ferrite em chip", portanto, há uma distinção importante com um núcleo de ferrite padrão encontrado em um cabo de alimentação. O objetivo desses componentes é fornecer alta indutância em um pacote fisicamente pequeno, muito menor do que o que você veria para uma bobina de indutor de núcleo de ar típica.

Os ferrites em chip também podem vir embalados como componentes de chip de baixo perfil que fornecem filtragem de ruído em modo comum ou diferencial. As frequências de corte para esses componentes podem alcançar centenas de MHz. É importante notar que os valores de impedância serão diferentes para ruído em modo diferencial versus ruído em modo comum. Por exemplo, observe a curva de impedância para uma conta de ferrite em chip abaixo. A impedância em modo comum mostra o comportamento típico de um indutor de terminal único, mas o componente em modo diferencial ainda possui alta impedância, limitando o uso desse tipo de componente como um filtro em modo diferencial, a menos que você esteja preocupado em filtrar até frequências de ~GHz.

Placas de Ferrite

Esses componentes são literalmente placas ou discos de um material ferrimagnético, e são colocados em uma caixa perto de um componente problemático. Uma aplicação comum está na eletrônica de potência para contrapor o ruído de comutação sem adicionar um circuito de filtro ao layout. Esses materiais podem fornecer blindagem contra ruído acoplado indutivamente originário de uma fonte de alta dI/dt, como você teria em um regulador de potência de comutação de alta corrente. Eles também fornecem supressão de EMI irradiado, atuando como um material de blindagem padrão. No entanto, certifique-se de verificar o valor de μ versus frequência para esses materiais para determinar a eficácia da blindagem.

Indutores de Modo Comum

Mais frequentemente referidos como um par de indutores acoplados, esses componentes incluem um núcleo de ferrite cilíndrico com um fio enrolado para fornecer filtragem de ruído de modo comum, embora reverter o enrolamento em um desses componentes fornecerá filtragem de modo diferencial. Esses componentes podem ser usados com outros componentes reativos para fornecer filtragem de modo misto de 2ª ordem e superior. Um circuito típico que fornece filtragem de ruído de modo comum e diferencial com atenuação de 12 dB/octave é mostrado abaixo.

Resumo

O ponto de usar pérolas de ferrite é por vezes mal comunicado, embora geralmente se concorde que o objetivo é suprimir a EMI. Na realidade, as pérolas de ferrite não são uma solução para todos os problemas de EMI e, em alguns casos, colocá-las em um circuito criará um novo problema de EMI devido ao comportamento de bandstop das pérolas de ferrite reais. Suprimir a EMI é mais complexo do que apenas colocar uma pérola de ferrite em um cabo de alimentação ou no condutor de alimentação de um CI, como Kella Knack descreve em um artigo recente. Tipicamente, você precisará de mais de uma solução que vise diferentes faixas de frequência, mas apenas depois de ter seguido algumas das melhores práticas de layout para baixa EMI.

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