Eletricidade
Cálculo de indutor com núcleo de ferrite para fontes Buck/Boost (Parte II)
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- Criado em Quarta, 17 Agosto 2011 22:19
- Última atualização em Sábado, 09 Junho 2012 10:32
- Escrito por Marco Ortiz
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Na primeira parte apresentamos as razões conceituais as quais determinam algumas características básicas de indutores para fontes "Buck" (step-down ou rebaixadora) e "Boost" (step-up ou elevadora). Salientamos algumas razões que exigem que indutores com circuito magnético fechado devam ter um gap de ar. Nessa segunda parte iremos concluir o processo de cálculo destes indutores.
Energia armazenada
Os indutores devem armazenar energia. E o fazem da forma:
$$W = \frac{1}{2} L\: {I_{max}}^{2}$$
onde:
- W = energia em joules
- L = indutancia em Henries
- Imax = Corrente em ampéres
Essa energia é armazenada na forma de campo magnético (fluxo e intensidade de fluxo) no núcleo do ferrite e no gap de ar. A energia armazenada é proporcional ao volume do indutor. Quanto mais energia for necessária ao armazenamento, maior é o núcleo.
$$W = \frac{1}{2}\int H*B(dV)= H_{Fe}B_{Fe}V_{Fe}+H_{gap}B_{gap}V_{gap}$$
onde:
- W = energia em joules
- H = intensidade do campo em A/m
- B = Densidade do campo em T
- V = volume
- Fe = ferrite
- gap = gap de ar
Na equação acima é possivel notar a proporcionalidade entre o volume e energia armazenada.
As relutãncias do núcleo e do gap de ar
Observe as figuras abaixo detalhando o circuito magnético e as relutâncias:
A equação do circuito magnético acima é a seguinte:
$$ni=\Phi (R_{c} + R_{g})$$
A relutãncia do núcleo de ferrite
$$Rc = \frac{lc}{\mu c \: Ac}$$
onde:
- Rc é a relutância do núcleo de ferrite;
- lc é o comprimento do circuito magnético do núcleo;
- Ac é a área efetiva do núcleo;
- uc é a permeabilidade magnética do núcleo de ferrite
A relutância no gap de ar
$$Rc = \frac{lg}{\mu g \: Ag}$$
onde da mesma forma:
- Rg é a relutância do gap de ar;
- lg é o comprimento (ou altura) do gap de ar;
- Ag é a área efetiva do gap de ar;
- µg é a permeabilidade relativa do gap de ar, nesse caso é a do espaço livre (µo =4π × 10-7 N·A-2);
Na prática, a relutância magnética do gap de ar é muito maior que a do núcleo de ferrite, então:
$$R_{g} >> R_{c}$$
A equação do circuito magnético fica então simplificada para:
$$ni\approx \Phi \; R_{g}$$
A energia total armazenada no indutor, desconsiderando o armazenamento no ferrite, fica aproximadamente:
$$W=\frac{1}{2} B ^{2} A_{g} \frac{l_{g}}{\mu_{0} }$$
Na terceira parte deste artigo vou apresentar um exemplo de cálculo de uma forma bastante acessível.
Terceira Parte
Cálculo de indutor com núcleo de ferrite para fontes Buck/Boost (Parte III)
Algumas referências:
[1] Eletromagnetismo / Joseph A. Edminister – São Paulo – Ed. McGraw-Hill – 1980
[2] http://schmidt-walter.eit.h-da.de/snt/snt_eng/snteng6a.pdf