Magnético Componentes: Comprensión de los materiales y el diseño
Los componentes magnéticos desempeñan un papel vital en los dispositivos electrónicos de potencia, ya que permiten el control, la transferencia y el acondicionamiento de la energía eléctrica. Los diseñadores buscan continuamente nuevos materiales, topologías y procesos para mejorar el rendimiento. Para diseñar inductores y transformadores de forma eficaz, es esencial comprender las complejidades de los materiales magnéticos y las tecnologías asociadas. En este artículo profundizamos en los fundamentos de los materiales magnéticos, su clasificación, materiales del núcleo y formas.
Materiales magnéticos y sus clasificaciones.
Los materiales magnéticos abarcan aquellos elementos naturalmente atraídos por los imanes y capaces de convertirse ellos mismos en imanes cuando se magnetizan. Se utilizan cinco tipos principales de imanes permanentes: ferrita, alnico, caucho flexible e imanes de tierras raras como cobalto y neodimio. Sorprendentemente, cada tipo presenta características distintas.
Comprender la clasificación de los materiales magnéticos es crucial. Se dividen en dos categorías: materiales magnéticamente duros y magnéticamente blandos. Los materiales magnéticamente duros pueden magnetizarse mediante un fuerte campo magnético y conservar su magnetismo indefinidamente. Por el contrario, los materiales magnéticamente blandos pueden magnetizarse fácilmente, pero sólo temporalmente.
La respuesta del material a un campo magnético varía según la estructura atómica, determinada principalmente por la cantidad de electrones desapareados en cada átomo. La mayoría de los materiales se clasifican en una de tres categorías: ferromagnéticos, diamagnéticos o paramagnéticos.
- Los materiales ferromagnéticos, como el hierro, el cobalto y el níquel, poseen algunos electrones desapareados, lo que genera un campo magnético neto débil.
- Los materiales diamagnéticos repelen los campos magnéticos aplicados externamente y no generan los suyos propios.
- Los materiales paramagnéticos exhiben una ligera atracción por los campos magnéticos, pero generalmente se consideran no magnéticos.
Materiales del núcleo
La elección de materiales magnéticos para componentes específicos depende de su funcionalidad prevista. Comprender la clasificación mencionada anteriormente proporciona información sobre la amplia gama de materiales magnéticos disponibles. Generalmente, los núcleos requieren una permeabilidad relativa alta.
Los materiales duros se utilizan normalmente para los imanes permanentes, mientras que los materiales blandos se emplean para inductores y transformadores.
Formas de núcleo
La elección de la forma del núcleo depende del diseño del componente electrónico de potencia y del material del núcleo elegido. Hay varias formas de núcleo disponibles en el mercado, lo que dificulta la decisión.
La Tabla I ofrece una comparación de diferentes formas de núcleos y sus características para tomar decisiones de diseño informadas.
Al obtener una comprensión integral de los materiales magnéticos, sus clasificaciones, materiales y formas del núcleo, los diseñadores pueden tomar decisiones bien informadas al crear componentes magnéticos eficientes y funcionales para sistemas electrónicos de potencia.
Tabla I: Comparación de diferentes formas de núcleos y sus características
- Núcleo del pote: Alto costo del núcleo, bajo costo de bobinado, bajo costo de la bobina, montaje simple, mala disipación de calor, excelente blindaje/cribado, bajo flujo de fuga.
- Núcleo E: Bajo costo de núcleo, bajo costo de bobinado, bajo costo de bobina, ensamblaje simple, excelente disipación de calor, blindaje/blindaje deficiente, alta potencia de transmisión/volumen unitario.
- Núcleo EC: Costo de núcleo medio, costo de bobinado bajo, costo de bobina medio, ensamblaje medio, buena disipación de calor, blindaje/protección deficiente, pata central redonda para un bobinado más fácil.
- Núcleo U: Costo de núcleo alto, costo de bobinado medio, costo de bobina alto, ensamblaje medio, buena disipación de calor, blindaje/blindaje deficiente, preferido para aplicaciones de alto voltaje.
- Toroides (núcleos de anillo): costo de núcleo muy bajo, alta disipación de calor, sin costo de bobina, sin ensamblaje, buen blindaje/blindaje, preferido en transformadores de corriente.
- Núcleo RM: Costo de núcleo medio, costo de bobinado bajo, costo de bobina medio, ensamblaje medio, buena disipación de calor, buen blindaje/cribado.