Indutores SMPS: Dimensionamento para Alta Eficiência

Quando se projeta uma fonte chaveadaTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas. (Switch Mode Power SupplyTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas., ou SMPSTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas.), o indutorIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos. é um dos componentes-chave para garantir um bom desempenho do circuito. Um dimensionamento adequado do indutorIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos. ajuda a manter a estabilidade, reduzir rippleCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais. de correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. e, consequentemente, melhorar a eficiência de todo o sistema.

Neste tutorial, abordaremos os principais passos e considerações para realizar o dimensionamento de indutoresIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos. em fontes chaveadas de forma clara e direta.

Definição da Topologia e Parâmetros Iniciais🔗

Antes de iniciar o cálculo do indutorIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos., é importante conhecer:

• A topologia da fonte chaveadaTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas. (por exemplo, buck, boost ou outra).
• A tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de entrada e a tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de saída.
• A frequênciaOsciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. de comutação (frequência de chaveamentoCircuitos Básicos de Amplificação e Chaveamento com TransistoresDomine o uso de transistores para amplificar sinais e alternar cargas, entendendo polarização, corte e saturação em circuitos eletrônicos básicos.).
• A correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de saída desejada ou a potênciaDimensionamento de Resistores em Projetos PráticosAprenda a dimensionar resistores com segurança e precisão. Tutorial prático sobre cálculos de resistência, potência, tolerância e coeficiente térmico. de saída.

Esses parâmetros são fundamentais para os cálculos de indutânciaTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas., corrente de ripple (rippleCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais. current) e escolha do núcleo.

Cálculo da Indutância🔗

A indutânciaTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas. (LPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC.) está diretamente relacionada ao nível de rippleCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais. de correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. que flui pelo indutor. Um exemplo genérico de equação para um conversor buck (rebaixador de tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza.) é:

Onde:

• \( \Delta I_L \) é o ripple de correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. no indutor;
• \( V_{in} \) é a tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de entrada;
• \( V_{out} \) é a tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de saída;
• \( f_{sw} \) é a frequênciaOsciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. de comutação;
• \( L \) é a indutânciaTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas. desejada.

Em muitos projetosIntrodução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital., define-se inicialmente um valor aceitável para o ripple de correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. (geralmente entre 20% e 40% da correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. média do indutor). A partir daí, rearranja-se a equação para encontrar o valor de LPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC..

Corrente de Saturação e Escolha do Núcleo🔗

Após calcular a indutânciaTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas., é necessário escolher um núcleo que atenda:

• CorrenteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de saturação apropriada (maior que a correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. máxima esperada no indutor).
• Tipo de material (geralmente ferrite ou pó de ferro) adequado para a frequênciaOsciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos. de trabalho.
• Perdas no núcleo compatíveis com a dissipação térmica do projetoIntrodução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital..

A tabela abaixo traz uma referência simplificada dos principais tipos de núcleos:

Cálculo das Perdas e Seção do Condutor🔗

Além de garantir que o núcleo não sature, avaliam-se as perdas no cobre e no núcleo. A resistênciaLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. do fio (R_{ACCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais.} e R_{DCCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais.}) influencia na eficiência. Portanto, selecione a bitola do fio de acordo com:

• CorrenteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. RMS (raiz quadrada média) do indutorIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos..
• Limites de temperatura e dissipação.
• Efeito pele (skin effect) em altas frequênciasOsciladores e Relógios Digitais: Geração e Uso de Sinais de SincronismoDescubra o papel essencial dos osciladores e sinais de clock na sincronização e funcionamento de circuitos digitais modernos., que pode levar ao uso de fios especiais, como litz wire.

Testes e Validação🔗

Para garantir que o indutorIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos. dimensionado atenda ao projeto:

1. Monte o protótipo do indutorIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos. e instale-o no circuito.

2. Verifique a correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. pelo indutorIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos. em diferentes condições de carga.

3. Monitore a dissipação térmica e a temperatura do componente.

4. Mensure o rippleCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais. de correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. e de tensão para confirmar se estão dentro do aceitável.

Realizar testes em bancada e avaliar o comportamento dinâmico da fonte chaveadaTipos de Indutores e Aplicações em Fontes de AlimentaçãoDescubra como os indutores garantem eficiência e estabilidade em fontes de alimentação, com dicas de seleção, tipos e aplicações práticas. é a melhor forma de confirmar se o indutor escolhido cumpre com os requisitos de desempenho e confiabilidade.

Conclusão🔗

O dimensionamento correto de um indutorIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos. em fontes chaveadas requer a análise conjunta de curvas de saturação, perdas de núcleo e fio, além de cálculos de ripple de correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza.. Sempre ajuste os valores conforme os dados de aplicação, considerando margens de segurançaIntrodução à Eletrônica Digital: Diferença entre analógico e digital: sinais, ruído e aplicaçõesDescubra como a transição de sistemas analógicos para digitais impacta projetos eletrônicos, abordando sinais, ruídos e inovações em sistemas embarcados. para temperaturas e sobrecorrentes eventuais.

Com os fundamentos abordados aqui, você terá uma base sólida para dar os primeiros passos no dimensionamento de indutoresIndutorDescubra o funcionamento, características e aplicações dos indutores, essenciais na filtragem de sinais e regulação de circuitos eletrônicos. em fontes chaveadas, garantindo alta eficiência e confiabilidade nos seus projetosIntrodução ao SystemVerilog: História e EvoluçãoDescubra a trajetória do SystemVerilog, sua origem a partir do Verilog, e os marcos que transformaram a verificação de hardware na indústria digital..