Qué es la perla de ferrita: funcionamiento y usos

Los sistemas y convertidores de RF de alto rendimiento y resolución necesitan un diseño de fuente de alimentación con menos ruido para obtener el mejor rendimiento. Por tanto, el filtrado del ruido en la fuente de alimentación y la reducción de la interferencia con la alta frecuencia entre los dominios analógico y digital son necesarios, especialmente en los transceptores y los convertidores de señal mixta. Una técnica eficaz que se utiliza para filtrar el ruido de una fuente de alimentación de alta frecuencia es la llamada cuenta de ferrita. Es un dispositivo pasivo que se utiliza para filtrar el ruido de alta frecuencia en una amplia gama de frecuencias. Se convierte en resistivo en el rango de frecuencia propuesto y dispersa la energía del ruido en forma de calor. Su disposición puede hacerse con la fuente de alimentación en serie. A menudo se une con condensadores hacia la tierra a ambos lados de la perla. Así se puede formar una red LPF y reducir el ruido de la fuente de alimentación de alta frecuencia.

¿Qué es el cordón de ferrita?

Se conoce como perla de ferrita a una perla fabricada con material de ferrita en forma de cilindro hueco que proporciona una técnica sencilla y económica para atenuar o suprimir el ruido de alta frecuencia del núcleo de ferrita en los circuitos electrónicos. Sus nombres alternativos son bloque de ferrita, anillo de ferrita, estrangulador de ferrita o filtro EMI. En este caso, la ferrita es una sustancia negra semimagnética. Las ferritas están encerradas en material plástico o de goma para proteger y mantener esta cuenta en su posición. Cuando la línea de alimentación está dispuesta dentro de la perla, funciona como un supresor de RF.

El rango de impedancia de la perla de ferrita depende principalmente de las frecuencias, ya que, a menor frecuencia, tiene una baja impedancia, mientras que a altas frecuencias tiene una alta impedancia. Por lo tanto, a altas frecuencias, tiene ruido de interferencia de RF e interferencia electromagnética. Estas bandas utilizan la disipación de corriente de alta frecuencia dentro de una cerámica de ferrita para fabricar dispositivos de supresión de ruido de alta frecuencia.

Inductancia del cordón de ferrita

Si observamos la hoja de datos de cualquier tipo de perla de ferrita, como la ILBB-0603, podemos observar sencillamente tres especificaciones eléctricas como la resistencia de CC, la impedancia y la CC nominal. A partir del valor de la impedancia, podemos descubrir el valor de la inductancia para esa frecuencia específica utilizando la siguiente fórmula.

XL = 2πfL

Símbolo de la perla de ferrita se puede representar con un inductor en el circuito que se conecta con la resistencia en serie como se muestra en el siguiente circuito

Diferentes tipos

Las perlas de ferrita se clasifican en dos tipos: perlas de ferrita en forma de chip y perlas de ferrita en forma de hilo. Estas perlas ofrecen reacciones disímiles para la reducción del ruido. Por ejemplo, las del tipo Wirewound funcionan en una amplia gama de frecuencias, pero ofrecen una baja resistencia en configuraciones de corriente continua. Por eso, para utilizarlas correctamente, hay que reconocer sus características electromagnéticas y cómo se alteran con el uso.

Funcionamiento del cordón de ferrita

La banda de ferrita es un componente electrónico pasivo cuya función principal es suprimir las señales de alta frecuencia en una línea de alimentación. La disposición de esta perla puede hacerse en la región de una línea de alimentación o de tierra que llega a un dispositivo concreto, como el cable de alimentación de un ordenador portátil o la perla de ferrita del cargador del ordenador.

Las perlas de ferrita funcionan según el principio de la ley de Faraday, que establece que el núcleo magnético en la región de un conductor hace una fuerza electromagnética inversa al producirse una señal de alta frecuencia, atenuando fundamentalmente la respuesta de la frecuencia de la ferrita. Las cuentas típicas pueden obtenerse de fabricantes particulares como Coilcraft, ya que los proyectos particulares pueden necesitar cuentas personalizadas.

El material magnético como la ferrita se dispone en la región de la fuente de alimentación que permite que una fuente de impedancia inductiva pase las señales a través de la línea. En la práctica, una perla es un tipo de componente no lineal. Las características de frecuencia de una perla de ferrita te ayudarán a comprender su modelo de circuito simplificado. Pero estas características pueden modificarse en función de la temperatura y la corriente.

¿Para qué sirve la perla de ferrita?

Los inductores de cuentas de ferrita se utilizan principalmente para atenuar las señales de alta frecuencia en los componentes electrónicos, porque la impedancia de las cuentas de ferrita es inductiva. Una vez que un inductor de ferrita se coloca sobre la línea de alimentación y se conecta a un dispositivo, elimina el ruido de alta frecuencia que se produce en la conexión de alimentación.

El uso de una pinza de ferrita es uno de los diversos enfoques para controlar el ruido, como el de una SMPS o fuente de alimentación conmutada. Así, la aplicación de cuentas de ferrita como un filtro de ferrita proporcionará el control y la eliminación de la EMI conducida.

Entre las muchas aplicaciones de estas perlas como filtro, la perla de filtro de la fuente de alimentación o una perla de filtro de EMI puede estar clasificada generalmente para un umbral de CC específico. Las corrientes superiores al valor específico pueden dañar el componente. Lo difícil es que este límite se ve muy afectado por el calor. Cuando la temperatura aumenta, la corriente nominal disminuye rápidamente.

La impedancia de la ferrita puede verse afectada por la corriente nominal. Cuando la corriente aumenta, este cordón perderá inductancia y se saturará. La impedancia de la perla puede reducirse al máximo con corrientes comparativamente altas.

¿Cómo se selecciona el cordón de ferrita?

Seleccionar un cordón de ferrita no es difícil, pero si quieres saber cómo elegirlo para tu diseño, entonces las especificaciones del cordón juegan un papel clave. Si tu placa de circuito experimenta EMI conducida en un rango de frecuencia exacto y necesitas reducir estas frecuencias, entonces ésta puede ser la elección correcta para el diseño de tu circuito.

Según el rendimiento inductivo de estas perlas, es normal cerrar que estas perlas reduzcan las frecuencias altas. Pero las perlas no actúan como un LPF de banda ancha, ya que sólo pueden ayudar a reducir un rango exacto de frecuencias. Debes seleccionar un rango de perlas y estrangularlo allí donde tus frecuencias no preferidas estén dentro de su banda resistiva.

Antes de elegir una perla exacta para el diseño de tu circuito, debes observar si el diseñador puede darte arcos de impedancia frente a la corriente de carga para la perla de ferrita. Si tus corrientes de carga son extremadamente altas, entonces tendrás que elegir una perla que pueda resistirlas sin perder ni saturar su impedancia en el rango de frecuencia preferido.

Cuenta de ferrita para la supresión de la EMI

El cordón de ferrita previene la EMI o interferencia electromagnética de dos maneras, desde un dispositivo a otro. Un cable conductor actúa como una antena si el dispositivo genera energía de radiofrecuencia que puede emitirse a través del cable y actúa como un radiador no intencionado. Por tanto, el cordón es necesario para el cumplimiento de la normativa para disminuir la EMI.

Por otro lado, si hay otras fuentes de IEM, como los electrodomésticos, el cordón impide que el cable funcione como una antena y obtenga interferencias de otros aparatos. Esto es más frecuente en los cables de datos y en los dispositivos médicos.

Por tanto, se trata de una visión general del cordón de ferrita. Sin embargo, pueden ser bastante útiles si sólo comprendes con exactitud su funcionamiento. Estas perlas reducen las señales en una banda bastante pequeña y su eficacia depende principalmente de la corriente de carga y de la temperatura. Para utilizar esta perla, debes confirmar que cumple tus especificaciones correctas. Después, una vez conectada la perla de ferrita, asegúrate de tener en cuenta la caída de tensión y el calor. Aquí tienes una pregunta, ¿cuáles son los tipos de bandas de ferrita?