Núcleos de Ferrite: um pouco de história, propriedades e aplicações

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Óxidos ferrimagnéticos, ou ferrites como são comumente chamados, são materiais cerâmicos compostos principalmente por óxido de ferro combinados com outros elementos metálicos. São materiais ferromagnéticos, isto é, podem ser magnetizados ou atraídos por imãs.

O primeiro ferrite a ser utilizado pela humanidade foi a magnetita, de ocorrência natural, utilizada nas bússolas e de crucial importância na época das grandes navegações. O desenvolvimento científico e tecnológico acerca dos ferrites se iniciou no final do século XIX e a consolidação das principais ligas e processos produtivos se deu entre as décadas de 1930 e 1940, originando uma nova indústria, fortalecida pelo crescimento da manufatura de eletroeletrônicos a partir dos anos 1960.

Os ferrites são divididos em duas categorias baseadas na sua coercividade: ferrites macios e ferrites duros. Os ferrites duros possuem uma coercividade alta, e por isso são mais difíceis de desmagnetizar, estes costumam ser utilizados como imãs em sistemas de refrigeração ou em alto-falantes. Já os ferrites macios possuem coercividade baixa, o que gera poucas perdas ao magnetizar e desmagnetizar o material, tornando-o vantajoso para diferentes aplicações da eletrônica de potência.

As propriedades magnéticas dos ferrites derivam de sua estrutura cristalina, onde os átomos metálicos ocupam posições bem definidas em relação aos átomos de oxigênio. Os ferrites macios em geral possuem uma estrutura cúbica do tipo espinélio com fórmula genérica MeFe2O4, onde Me representa um ou mais dos metais de transição Mn, Fe, Co, Ni, Cu ou Zn.

 

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Os ferrites macios compostos por Ni-Zn e por Mn-Zn são os mais utilizados e são detalhados a seguir.

Ferrites Ni-Zn
Os ferrites de níquel-zinco diferem dos ferrites de manganês por possuírem uma alta resistividade elétrica e não uma alta permeabilidade. A permeabilidade deste tipo de material pode variar de 15-1500. Devido a essas características este tipo de material costuma ser empregado em aplicações de alta frequência, na ordem de 2 MHz até centenas de MHz.

 

Ferrites Mn-Zn
Os ferrites de manganês-zinco são os mais comuns encontrados no mercado, sendo utilizados em aplicações de até 2 MHz, como por exemplo: fontes chaveadas, transformadores de correntes e indutores de modo comum. Eles possuem alta permeabilidade, podendo variar de 750-30.000 e possuem uma baixa resistividade elétrica se comparados aos ferrites Ni-Zn.

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Os ferrites Mn-Zn mais utilizados são os de média permeabilidade (aproximadamente 2.500) e costumam ser empregados nos transformadores de fontes automotivas e transformadores de potência como flybacks, push-pull entre outros. Por possuírem baixas perdas em alta frequência (até 2 MHz), este tipo de material apresenta bons resultados por reduzir o volume e aumentar o rendimento dos componentes quando comparados a núcleos de ferro silício. Outra aplicação popular deste tipo de material são os indutores de modo diferencial. Acrescentando um gap no caminho magnético, o ferrite fornece boa resposta para filtros de saída. Eles também são aplicados em transformadores de corrente para sinais alternados de alta frequência.

Já os ferrites Mn-Zn de alta permeabilidade (acima de 5.000) são ideais para construção de indutores de modo comum, pois é possível conseguir níveis de indutância maiores utilizando menos espiras, diminuindo não só o tamanho do indutor como também os custos por utilizar menos cobre. Embora seja possível utiliza-lo para fontes chaveadas, não são tão interessantes para esta aplicação, pois apresentam maiores perdas e possuem praticamente mesmo volume.

A Magmattec possui em seu portfólio de produtos ferrites de Mn-Zn de média e alta permeabilidade em diversos formatos e tamanhos. Para indutores de modo diferencial, transformadores para fontes indicamos os materiais 139, 140 e 144. Para indutores de modo comum recomendamos os materiais 107 e 110. Para um rendimento ainda melhor para aplicações até 100 kHz, clique aqui para conhecer o material nanocristalino.

 

 

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