Los inductores son componentes electrónicos que acumulan energia en la forma de campo magnético, raccionando a las variaciones de corriente eléctrica. En los inductores toroidales el enrollamiento de la bobina esta dispuesto sobre un toroide, forma similar a un anillo, hecho de un material ferromagnético suave.  Este núcleo toroidal concentra las líneas de campo en su interior de modo que el campo magnético producido es el mismo en cualquier posición del núcleo y presenta dispersión casi nula de las líneas de fuerza.

No hay restricción propiamente dicha en el uso de un material para una aplicación específica. Sin embargo, debido a las características específicas de cada material, algunos son más recomendados de acuerdo con la topologia y finalidad del circuito.

Para los inductores toroidales operando de forma diferencial los materiales más utilizados son los núcleos de polvo de hierro y sus aleaciones.   Estes núcleos ganaran bastante espacio en el mercado de electrònica de potencia por no necesitar de un gap externo al núcleo (por ejempo, la ferrita en el formato E);  Ademas de esto, reducen el volumen del componente, resultando en menor dispersión de flujo sin aumentar el calentamiento del inductor. Pueden operar desde niveles CC hasta CA en altas frecuencias.

Operando em otros modos, como el modo comum, se utilizan núcleos de otros materiales como la ferrita de alta permeabilidad y nanocristalinos para los inductores toroidales.  Estos materiales no poseen un gap distribuído y por eso se saturan en campos inductivos menores.

Para el cálculo de inductores toroidales, disponemos de un guia inicial que se puede acesar aquí.  Como en esta guia no consta indicaciones de materiales para cada aplicación, listamos algunas aplicaciones y materiales para ayudar en la elaboración de proyectos de inductores.

-Simulación de Redes de Distribución en laboratorio.
Comun en proyectos de investigación académica e industrial, los inductores en esta aplicación son utilizados para simular las caracteristicas inductivas de las líneas de transmisión. En este tipo de sistema es importante que haya una respuesta lineal para diferentes niveles de inducción.  Por ese motivo lo ideal es trabajar con el material polvo de hierro 002 o la aleación metálica S26, que presentan baja permeabilidad magnética y curva de magnetización lineal.

Núcleo Sendust Material S26

-Dimmers:
Son equipamentos utilizados para regular la intensidad de la luz en sistemas de iluminación.  El circuito empleado en los dimmers posee un componente llamado tiristor u otro componente llamado triac, que conmuta la alimentación AC, provocando una subida abrupta de la corriente eléctrica.  El inductor en este caso es empleado para retrasar la subida de la corriente, haciendo esta subida suave, desta forma, protege el triac e evita um transitorio (ruído) en la red eléctrica, que puede afectar, entre otras cosas, el audio en shows y espectáculos.  Para dimmers se recomienda el empleo de núcleos de polvo de hierro de los materiales 026 y 052

Inductor aplicado en dimmers. Fabricaco con núcleo de polvo de hierro material 026

-Filtros clase D:

Empleados em circuitos amplificadores de potencia, el principal requisito es que los inductores aplicados como filtros soporten modulaciones en altas frequencias (100ª 500 kHz), necesarias para garantir la fidelidad del audio.  Para eso es importante que el núcleo empleado tenga bajas pérdidas y una curva de magnetizacion lineal.

En esta aplicación se recomiendan los núcleos de aleación sendust S26 y S14, los núcleos de polvo de hierro del material 002, y núcleos de liga de polvo nanocristalino N14.

Inductor aplicado en amplificadores de clase D. Fabricado con núcleo de polvo de hierro material 002

-Conversores CC-CC:
Los Inductores toroidales son empleados en los circuitos de conversores CC-CC donde la corriente eléctrica es conmutada en alta frecuencia. Esta frecuencia puede variar de algunos kHz hasta algunas centenas de kHz y es esa caracteritica que define el tipo de material a utilizar para el conversor.  Mismo existiendo diferentes topologias de conversores CC-CC – Buck, Boost, Buck-Boost, Push-Pull, Flyback, etc, esta no es un factor critico para la eleccion del material del núcleo.  Para chaveamento de hasta 50 kHz podemos utilizar los núcleos de polvo de hierro de los materiales 026,052 y 034. Si la frecuencia es superior a 100 kHz, lo mejor es trabajar con las aleaciones metalicas Sendust (S26,S40, S60 y S75). Juntando la frecuencia con la inducción magnétira que irá actuar en el circuito(originado por la fluctuación) conseguimos estimar correctamente las pérdidas en el núcleo y cual el malterial que trae el mejor resultado.

Inductor bobinado con núcleo de polvo de hierro material 052. Aplicable a conversores.

– Conversores CC-CA (Inversores):

Los inductores toroidales aplicados a inversores puden ser utilizados tanto en la salida como en la entrada del circuito actuando como un filtro, siendo que el inductor de entrada actua como filtro de modo comun y el de salida actua de forma diferencial.  Para el inductor de modo comun que protegue el inversor de los ruidos provenientes de otros sistemas chaveados y protegue la red eléctrica de los ruidos producidos por el inversor, lo ideal es trabajar con ferritas de alta permeabilidad como los materiales 107 y 110, o con núcleos nanocristalinos ferritas de alta permeabilidad

Inductores torolidales de modo común. A la izquierda usando un núcleo nanocristalino y a la derecha un núcleo de ferrita de alta permeabilidad

Los inductores de salida sirven como filtros para señales de alta frecuencia que son inyectadas en la red.  El dimensionamiento del material utilizado en el inductor es muy similar al de los convertidores CC-CC, sin embargo, hay una diferencia importante: el polvo de hierro y las ligas metalicas reaccionan de formas distintas a los estimulos originados por corriente continua y por corriente alternada.  Así, es importante en los inversores que el material del núcleo no tenga una variación de permeabilidad muy intensa con la inducción magnética, pues esto afectaria a otros componentes de los filtros que son determinados para actuar junto con el valor de inductancia. Llevando esto en cuenta. Lo ideal es trabajar con el material 034, el material 002 y las aleaciones de Fe.

Inductor toroidal aplicable a inversores de hasta 30 kVA utilizando núcleo de polvo de hierro material 034