¿Ferrita o polvo de hierro? ¿Cómo puedo saber de qué está hecho un núcleo desconocido?

Question

La mayoría de las veces que necesito un inductor pequeño, intento encontrar el núcleo necesario en mi caja de chatarra. Dependiendo de lo que esté tratando de construir (RF, potencia, ...), un núcleo de ferrita o un núcleo de polvo de hierro podría ser la mejor opción.

Para completar, ...

• Las ferritas magnéticamente blandas, tal como se utilizan hoy en día en aplicaciones de RF o de potencia, son partículas sinterizadas de composiciones, en su mayoría, MnZn o NiZn. ( Sección de Wikipedia sobre cómo se fabrican )

• Núcleos de polvo de hierro se fabrican pegando pequeñas partículas de hierro con resina epoxi u otro pegamento polimérico. Los he visto casi exclusivamente como toroides. Las principales aplicaciones parecen ser los filtros de entrada de frecuencia de red y las etapas PFC (step-up) a frecuencias bajas a moderadas, no tanto los transformadores SMPS. Una gran ventaja parece ser el hecho de que se pueden construir toroides con un entrehierro distribuido a lo largo de todo el anillo.

Soy consciente de que existen muchos tipos diferentes tanto de ferrita como de polvo de hierro ( y también puede ser interesante probarlos ), y las diferencias sí importan, pero digamos que sólo estoy hackeando algún circuito de prueba de concepto y no me importan las pérdidas exactas o las propiedades de saturación.

Aun así, quiero evitar errores muy graves, como usar polvo de hierro cuando construya un balun de antena. En otras ocasiones, un núcleo de polvo de hierro puede ser el adecuado y un núcleo de ferrita puede ser una mala idea.

Centrémonos en toroides simples de diferentes tamaños, para empezar, porque así es como se ven la mayoría de los núcleos de polvo de hierro.

¿Existe alguna prueba fácil y algo fiable que te diga si tu núcleo es de ferrita o de polvo de hierro?

¿Como enrollar diez o veinte vueltas de alambre en el núcleo, aplicar cuidadosamente una tensión rectangular (ciclo de trabajo bajo, a través de un MOSFET de potencia, utilizando un diodo de rueda libre) a este inductor y observar el punto de saturación en la corriente del inductor?

¿O probar el inductor con un barrido sinusoidal hasta unas decenas de MHz en un circuito adecuado?

Además, ¿se puede saber a veces sólo por inspección visual? Por ejemplo estos códigos de color ¿también lo utilizan otros fabricantes?

Answer 1

No se puede saber con una inspección visual, eso es seguro porque algunos de ellos están lacados/pintados e incluso los que no lo están todos tienden a parecer de color gris oscuro. Lo que preguntas es realmente difícil de entender porque hay muchas características que parecen iguales entre dos ferritas a una frecuencia pero son muy diferentes a otra. Si sigues interesado, intentaré decirte lo que yo haría (lo que realmente haría es tirar todas mis ferritas sin caja ni marca a la basura y comprar otras).

Yo consideraría la posibilidad de bobinar (digamos) 5 vueltas espaciadas por igual y poner la bobina en un circuito para ver cuál es su inductancia - tal vez un oscilador Colpitts con unas cuantas tapas que se pueden conectar y desconectar. Tal vez incluso hacer un filtro de paso de banda de la misma y ver donde resuena si usted tiene un generador de señales.

El primer tipo de resultado que le indicará es la inductancia del núcleo bobinado. A partir de la relación al cuadrado entre las vueltas y la inductancia, podrá deducir su "permeabilidad efectiva". Esto le permitirá reducir el tipo de núcleo a una serie de posibilidades.

Hay que evitar las "frecuencias de prueba" muy por encima de 100 kHz y preferiblemente más como 10 kHz - esto es para reducir la capacitancia parásita que le da errores.

OK hasta ahora, usted podría haber determinado la aproximada "permeabilidad efectiva" del núcleo, pero hay un montón de proveedores de materiales muy diferentes que usted tendría que leer a través de tratar de identificar la pieza así que yo consideraría siguiente ver cómo la indctance varía con la temperatura.

No necesitas hacer pruebas en un rango muy amplio, quizás entre 25ºC y 50ºC te daría una oportunidad decente para intentar descubrir la ferrita. Usa la idea del oscilador/filtro mencionada antes y una temperatura controlada - casi seguro que la inductancia subirá con la temperatura aunque hay un pequeño porcentaje que se mantendrá estable o bajará pero esto te dará otra característica reveladora de la ferrita.

Así que ya tienes la permeabilidad efectiva y alguna idea de cómo es su característica de temperatura. La búsqueda en los sitios web de varios proveedores puede reducir la ferrita a unos cinco o diez tipos.

De este modo, el proceso será largo y es posible que nunca descubras qué es lo que tienes en el trastero. Supongo que si su permeabilidad efectiva es baja es probable que sea muy estable a la temperatura (es decir, bueno para filtros de hasta (digamos) 1MHz) o podría tener pérdidas muy bajas hasta más de 50MHz. La prueba de temperatura que indicó apenas ningún cambio en la inductancia a través de 25ºC podría decir que es un material como el 3D3 de Ferroxcube: -

También se muestra el 3C90 para comparar. El 3D3 tiene una curva plana de inductancia/permeabilidad frente a la temperatura; probablemente cambia algo así como un 5% en un cambio de 25ºC alrededor de la temperatura ambiente. El 3C90 probablemente cambia un 20%. También tiene una permeabilidad mucho mayor. Yo reconocería estas dos ferritas por sus características.

Creo que me he convencido definitivamente para tirar todas las ferritas irreconocibles a la basura.

En resumen: si tienes un circuito objetivo, pruébalo.

EDITAR También, aquí está hay una pregunta/respuesta en EE stack exchange que también podría ser útil o provocar otras ideas.