El empleo de las ferritas en la fabricación de inductores y transformadores es ya conocido hace mucho tiempo; aun así no es correcto pensar que todas sus posibles aplicaciones ya han sido descubiertas. En este sentido, la empresa Ferroxcube desarrolla nuevas aplicaciones en la actualidad.
Las describimos a continuación:
Departamento de Aplicaciones
Técnicas de Ferroxcube.
www.ferroxcube.com


Supresión Interferencias EMI
Una de las principales aplicaciones de las ferritas es su uso en la supresión de perturbaciones electromagnéticas no deseadas, conducidas o radiadas, que están presentes en una señal a consecuencia de la influencia de otro circuito cercano. Los avances tecnológicos y la introducción cada vez mayor de circuitos electrónicos en los diferentes sectores industriales, hacen que la supresión de interferencias se convierta en punto clave de cualquier diseño electrónico:
• La evidente gran demanda de electrónica y su extendido uso en nuevos sectores, como la industria del automóvil, convierten a las ferritas en elementos de seguridad para un correcto funcionamiento de los sistemas electrónicos presentes en un vehículo.
• Hoy en día casi todo el tratamiento de señal es digital, los procesadores embebidos en múltiples aplicaciones. Este hecho unido al empleo de frecuencias de reloj cada vez mayores en los microprocesadores, hace imprescindible la utilización de supresores de interferencias en el rango de GHz.
• Prácticamente todas las fuentes de alimentación son conmutadas y la conversión de potencia requiere cada vez más mayores frecuencias de conmutación, que generan armónicos no deseados que deben ser suprimidos para asegurar un correcto funcionamiento de todo el circuito.
• Existen cada vez más móviles, redes inalámbricas y nuevas aplicaciones de radio que hacen necesario asegurar la correcta supresión de interferencias en cualquier equipo de consumo.
A menudo se necesitan componentes extras para limitar los niveles de interferencia en las líneas de regulación. Las ferritas tienen la ventaja añadida sobre los condensadores de no necesitar conexión a tierra, suprimiendo eficazmente las interferencias en cualquier rango de frecuencias hasta niveles de GHz.
3S5, este nuevo material indicado en el rango 150KHz -›30MHz combina las características de los materiales supresores y de potencia, siendo muy adecuada su utilización en condiciones de DC bias y altas temperaturas de trabajo. Esta característica es especialmente interesante en automoción (cerca del motor), en alumbrado (luminarias cerradas), y en ambientes industriales. Las gráficas 1 y 2 comparan los materiales 3S5 y 3S1, siendo ambos materiales en el rango de frecuencias medias; es muy apreciable el alto rendimiento del material 3S5 cuando se aplica un elevado valor de corriente (campo H en A/m).
4S3, nuevo material que completa el actual rango Ferroxcube de materiales para aplicaciones EMI, permite a los diseñadores elegir correctamente el material adecuado en función del rango de frecuencias bajo estudio. El material 4S3 tiene un excelente comportamiento desde 250MHz hasta el rango de GHz.
La siguiente gráfica, número 3, compara los materiales 3S1, 4S2 y el nuevo 4S3.
Un factor importante para una correcta supresión de interferencias es la proximidad del componente EMI a la fuente de interferencia. En las placas de circuito impreso, PCB´s, debido a la alta densidad componentes, Ferroxcube ofrece al diseñador un elevado rango de componentes SMD listos para su ensamblado directo en la placa de circuito impreso:
- Beads SMD, con hilo plano, la solución más simple.
- Choques SMD supresión ruido en modo común.
- Choques SMD bobinados con varias vueltas que permiten alcanzar si cabe mayores niveles de impedancia.
- Chips SMD (multilayers).
Todos ellos en formato plano y adecuados para alimentación automática en una línea de montaje. Cumplen legislación actual RoHS.

Conversión de Potencia
Otra área clásica de aplicaciones de ferritas es su empleo en conversores de potencia. Conmutando una pequeña cantidad de energía a alta frecuencia, en lugar de usar la frecuencia de red (50/60 Hz), se reduce el tamaño de los componentes de almacenamiento de energía (inductores y condensadores). Además, cualquier tipo de conversión es posible (AC/DC, DC/DC, AC/AC y DC/AC). La elección del material de ferrita a emplear en cualquier aplicación de potencia deberá estar en función, principalmente, de la frecuencia y temperatura(s) de trabajo. De esta forma el diseño final permitirá minimizar las pérdidas de potencia.
Esto también es aplicable para choques entrada AC y choques de salida DC con una alta corriente de rizado. Si la corriente de rizado en cambio es menor, la densidad de flujo de saturación será el parámetro a considerar principalmente.
El rango de ferritas de potencia, tanto en formas como en materiales, es tan amplio como la variedad de aplicaciones en que éstas pueden ser empleadas, más aún si se tiene en cuenta el constante incremento del uso de la electrónica en cualquiera de las áreas tecnológicas existentes.
En las gráficas 4, 5 y 6 se describen los nuevos materiales que Ferroxcube ha desarrollado para cubrir cualquier rango de frecuencia y temperatura bajo estudio:
Por otro lado fuentes de alimentación muy compactas y robustas se pueden diseñar mediante tecnología planar. Los componentes inductivos planares tienen como característica principal que el bobinado del transformador se realiza mediante el layout propio del PCB, de esta forma una vez insertado el núcleo planar en la placa de circuito impreso, el transformador obtenido resulta compacto y es la solución de diseño con el perfil más bajo.
La parte central del núcleo con forma redondeada reduce el bobinado, limitando la resistencia DC y el espacio de bobinado. Los núcleos planares se pueden fabrican con diferentes alturas a medida del espesor del PCB. El diseño también puede variar mucho, por ejemplo empleando dos PCB´s para la realización del primario y secundario de un transformador.
Otro componente inductivo planar muy versátil por sus diferentes configuraciones es el IIC (Componente Inductivo Integrado). Su formato SMD, la variedad en materiales que pueden emplearse, su tecnología de gap, tanto total o parcial en función de los requerimientos de la aplicación, así como la realización el bobinado mediante el propio layout de la placa de circuito impreso, permiten una significativa reducción del tamaño y configuraciones a emplear en nuevos diseños.
Por último en cuanto a aplicaciones de potencia cabe destacar el empleo de los toroides con gap debido a su alta capacidad para almacenar energía, principalmente inductores de potencia, por ejemplo en filtros de salida. Su principal ventaja es la capacidad de soportar alto campo (corriente) sin saturarse, lo que permite trabajar en áreas no tan comunes para un toroide. Su estabilidad en frecuencia y bajas pérdidas lo hacen también muy competitivo frente a otras soluciones utilizadas ya existentes en el mercado para este tipo de diseños.

Tratamiento de señal
Un campo importante de aplicación de la ferrita está en las telecomunicaciones, donde se requiere combinar la telefonía analógica con la digital en una misma línea. Esto requiere un filtro, POTS splitters, que contiene componentes inductivos y capacitivos que permiten separar la señal de audio, línea o canal de voz (hasta 4kHz), de la señal digital modulada a partir de 20-30 kHz encargada de transmitir los datos o paquetes de información. Se requiere una alta inductancia para la frecuencia de corte y al mismo tiempo soportar una corriente de alimentación de unos 100mA. Recientemente Ferroxcube ha desarrollado el material 3B46 que permite reducir el tamaño del inductor, teniendo en cuenta su relativa alta permeabilidad y alta densidad de saturación a temperatura ambiente.
Otro gran abanico de oportunidades para las ferritas se encuentra ubicado en las aplicaciones de radiofrecuencia, RF. Un rápido desarrollo se encuentra centrado en RFID (IDentificación por RadioFrecuencia), reemplazando entre otras aplicaciones, por ejemplo el popular código de barras para identificación. Es especialmente adecuada la aplicación de soluciones RFID cuando se requieren distancias de lectura mayores y una gran sensibilidad en entornos de suciedad o polvo. RFID combina un chip con una antena cuya inductancia está asociada con un condensador de sintonización que permiten obtener un filtro paso banda. El alcance de la antena se puede incrementar considerablemente en función de la ferrita empleada y el tamaño final se puede reducir notablemente comparando con una antena lazo. Además, un Ferroxtag (pendiente de patente), novedoso diseño ofrecido por Ferroxcube, consigue que la antena trabaje cerca de superficies metálicas sin problemas. El diseño de antenas de ferrita es en gran parte a medida y conlleva un sinfín de formas y tamaños. La metalización de los terminales de la ferrita puede completar la solución para su ensamblaje final.

Ferritas especiales
En algunas ocasiones una forma estándar (toroidal, barra, nucleo E, U,...) no es la solución requerida y puede resultar necesario un producto mecanizado a partir de un bloque. Ferroxcube ofrece soluciones especiales a formas complicadas, tolerancias mecánicas muy reducidas o series pequeñas o prototipos.


Accesorios
Construir un componente inductivo, generalmente es algo más que el núcleo de ferrita y el hilo de cobre; para su ensamblaje y posterior conexión eléctrica se pueden utilizar ciertos accesorios que facilitan esta labor. Ferroxcube tiene un completo rango de accesorios para el ensamblaje de muchos de sus núcleos, de acuerdo a legislación europea RoHS, en vigor desde el pasado 1 julio de este año.