Optimización de circuitos electrónicos – El papel de los núcleos de ferrita en la filtración EMI y la alimentación

Los núcleos de ferrita son componentes esenciales en los circuitos electrónicos avanzados, particularmente en el contexto de la eliminación de interferencia electromagnética (EMI) y la optimización de los sistemas de suministro de energía. Sus propiedades magnéticas y el amplio rango de aplicaciones los hacen indispensables en los diseños de sistemas basados en PCB. Los requisitos modernos de miniaturización de dispositivos electrónicos y mayor eficiencia requieren tecnologías avanzadas de filtración, donde los núcleos de ferrita juegan un papel crucial.

Desafíos en el filtrado de EMI

La interferencia electromagnética representa una amenaza significativa para el funcionamiento adecuado de los circuitos electrónicos, especialmente en entornos con alta densidad de dispositivos. Los filtros que utilizan núcleos de ferrita permiten una atenuación efectiva de las interferencias, eliminando su impacto en los componentes sensibles. Los desafíos en este campo incluyen cumplir con los estándares de EMC (Compatibilidad Electromagnética), que requieren elementos que reduzcan efectivamente la interferencia conducida y radiada. La miniaturización de los componentes de filtración es esencial en los dispositivos modernos como IoT y electrónica médica, que requieren soluciones compactas sin comprometer la eficiencia. Además, los dispositivos modernos generan interferencias en un amplio rango de frecuencias, lo que requiere el uso de núcleos con propiedades magnéticas seleccionadas adecuadamente.

Núcleos de ferrita – Fundamentos tecnológicos

Los núcleos de ferrita son materiales cerámicos caracterizados por alta resistencia eléctrica y propiedades magnéticas específicas. Como resultado, se utilizan en una variedad de aplicaciones de filtración y potencia. Se distinguen dos clases principales de ferritas: blandas y duras. En el contexto de la filtración de EMI, se utilizan comúnmente las ferritas blandas (por ejemplo, MnZn, NiZn), ya que ofrecen bajas pérdidas por histéresis. Los núcleos vienen en varias formas, como toroides, formas en E o anillos con perfiles especiales, lo que afecta sus propiedades magnéticas y la eficiencia de atenuación.

Núcleos de ferrita en filtros EMI

Los filtros EMI con núcleos de ferrita se utilizan para eliminar la interferencia conducida tanto en líneas de potencia como en líneas de señal. Los ahogadores de perlas de ferrita son componentes miniaturizados montados directamente sobre las huellas de PCB, que atenúan la interferencia de alta frecuencia mientras mantienen la integridad de la señal en los rangos de baja frecuencia. Los filtros LC con núcleos de ferrita combinan inductores con núcleos de ferrita y capacitores, creando filtros de paso bajo eficaces que aíslan los dispositivos del ruido de la red de alimentación. Los núcleos de ferrita también se utilizan en cables de alimentación y señal para suprimir la interferencia introducida por el entorno externo.

Optimización de sistemas de potencia con núcleos de ferrita

Los núcleos de ferrita también se utilizan en transformadores y convertidores de voltaje, mejorando su eficiencia y estabilidad. Gracias a los núcleos de ferrita, los transformadores de pulsos pueden operar a altas frecuencias, lo que permite la reducción de tamaño y el aumento de la eficiencia energética. Los inductores con núcleos de ferrita juegan un papel crucial en la reducción de las pérdidas de potencia y la mejora de las características dinámicas de los convertidores DC-DC. La optimización de los diseños requiere el uso de núcleos con parámetros adecuados, como una alta densidad de flujo de saturación, para prevenir la saturación a altas corrientes.

Aspectos prácticos de la selección de núcleos de ferrita

Al diseñar filtros y sistemas de potencia utilizando núcleos de ferrita, los ingenieros deben considerar parámetros clave como la frecuencia de operación y las pérdidas energéticas. La selección adecuada del material de ferrita depende del rango de frecuencias de interferencia o señales de potencia. La miniaturización de dispositivos requiere núcleos compactos con alta eficiencia magnética.

Tendencias futuras en las aplicaciones de núcleos de ferrita

Los avances tecnológicos en materiales y tecnologías de fabricación abren nuevas posibilidades para las aplicaciones de núcleos de ferrita. La investigación sobre ferritas nanostructuradas y compuestos conduce a la producción de núcleos con mejores características de atenuación y menores pérdidas. En dispositivos IoT, los núcleos deben cumplir con los requisitos de tamaños pequeños mientras mantienen una alta eficiencia en la filtración de EMI. Cada vez más, la integración de funciones magnéticas a nivel de chip está cambiando la forma en que se utilizan los núcleos de ferrita.

Conclusión

Los núcleos de ferrita juegan un papel crucial en la eliminación de interferencias EMI y la optimización de los sistemas de potencia. Su aplicación en proyectos de investigación y desarrollo permite la creación de dispositivos electrónicos más confiables y eficientes. Seleccionar los núcleos adecuados adaptados a los requisitos específicos del proyecto es uno de los elementos más importantes del proceso de diseño en I+D.

Referencias:

[1] https://www.coilmaster.com.tw/pl/product/C2LRU100BLF.html

[2] https://hilelectronic.com/pl/design-power-pcb/

[3] https://resources.altium.com/pl/p/how-do-ferrite-beads-work-and-how-do-you-choose-right-one

[4] https://propcb.pl/technologie/

[5] https://ep.com.pl/rynek/wybor-konstruktora/14534-masa-problemow-z-obwodami-zasilania-na-plytkach-pcb-prawidlowe-prowadzenie-obwodu-masy-na-plytkach-pcb-ukladow-cyfrowo-analogowych

[6] https://www.instalacjebudowlane.pl/9256-26-76-wentylatory-ec-do-wydajnego-chlodzenia-w-centrach-danych.html

[7] https://elektronikab2b.pl/technika/54036-projektowanie-pcb-dla-ukladow-duzej-mocy

[8] https://resources.altium.com/pl/p/what-return-current-path-pcb