Calculo de Núcleos Toroidales y Saturacion



En esta nota realizaremos los cálculos necesarios para construir un núcleo toroidal a partir de los parámetros geométricos, realizaremos una búsqueda de núcleo en base al indice de autoinducción y realizaremos los cálculos necesarios para una fuente boost con un 555.
Podremos ver la saturación de un núcleo en el osciloscopio y comprobar el problema de este en base al consumo e impedancia.

Los primeros cálculos que realizaremos son en base a la vieja ley de Ampere, donde podremos obtener el valor de inductancia en base a los parámetros geométricos de diseño, tal vez sea la manera mas complicada de hacerlo, aunque si este es el caso prefiero utilizar alguna de las tantas calculadoras online que aparecen en el buscador de google.
El camino mas feliz seria el de utilizar un núcleo homologado, que posee alguna nomenclatura o part number, y a su vez un datasheet asociado.
Este es el camino que tendríamos que tomar, es decir, si sabemos el indice de autoinducción "AL" entonces podemos saber cuantas espiras de alambre necesitamos para obtener determinada inductancia.
Claro que habría que ver también en el datasheet que potencia máxima soporta ese tamaño de core y que sección mínima requerimos para el alambre.


Aquí podremos ver primero el desarrollo de la ley de Ampere, y en segundo lugar mas abajo, podremos ver las 3 formas en la que podremos calcular el indice de autoinducción "AL".

Ahora vamos a ver un Datasheet para un inductor comercial. Por ejemplo para el core T2007-CF195, tenemos un AL de 4850, como podremos ver en el datasheet de "Prodin Ferrite"



Sabiendo este valor de AL, entonces podríamos saber cuantas espiras necesitamos para realizar determinada bobina.

Si tenemos un núcleo sin AL, porque no sabemos el nombre o nomenclatura del mismo, entonces podríamos realizar algunas mediciones, por ejemplo hacer 5 espiras en ese núcleo, y medir su inductancia, luego hacer 10 espiras y medir su inductancia y por ultimo unas 15 espiras y medir su inductancia, entonces con las formulas detalladas anterior mente podríamos obtener 3 valores de AL que podríamos promediar y así obtener un AL estimado para ese núcleo.
Claro, necesitamos un medidor de inductancias para ello.

Ahora vamos a realizar una serie de cálculos para medir la bobina y capacitor en una fuente DC DC tipo Boost.
Con estas simples ecuaciones podremos calcular de forma sencilla una fuente del tipo Boost, genérica, esto es así porque si usamos algún integrado dedicado (LM2695, XL4005, MC34063, etc...) debemos utilizar las formulas que nos proveen ellos en su datasheet o nota de aplicación.
En este caso se ha implementado un circuito generador de PWM en base al viejo timer 555, con un transistor mosfet de uso general.


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6 comentarios:

  1. Hola, buenas noches.
    Me ha interesado mucho los videos que has publicado sobre el ic mc34063 y este de calculos de los nucleos toroidales.
    Me pregunto si es posible la construccion de una fuente dc a dc tipo boost con el mc34063 con los parametros de 3.5v de entrada y 12v de salida, con una corriente que pueda entregar de 3A y si a partir de estos parametros calcular la inductancia del toride o bobina para la fuente. Quiero utilizar esas pilas de litio 18650 para hacer esta fuente portable.
    Gracias x tu tiempo y agradecido tmb por compartir tus conocimientos. saludos,

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    1. Hola, si estas muy justo con la tensión de entrada del 34063, si bien soporta desde 3V, estas muy cerca, no suele funcionar bien en ese valor, pero se puede probar.
      Tene en cuenta que 12V 3A de salida a partir de 3.5V, vas a tener una corriente mas o menos de 15A en 3.5V para obtener esos 12V 3A.
      Saludos!

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  2. ME gusta los vídeos de fuentes conmutadas no dejes de subir vídeos de fuentes conmutadas y mas topologias de DC/DC converters.

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  3. Quisiera hacer una pregunta: ¿Cómo sabes que la frecuencia switching (de activación o de encendido creo que es la traducción) del transistor es 56 kHz, me refiero a que parámetros del datasheet te dice eso. Muchas gracias por tu respuesta.

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  4. Hola muy interesantes todos los videosy particularmente los de DC DC converter. Me gustaria saber q toroide seria mejor para el diseño de un convertidor buck de gran corriente en mi caso de 84vDC a 14V DC y 30A. Estuve leyendo alguna literatura que se puede usar toroides con gap para mejorar el tema de la saturacion del nucleo. podria ser factible q un nucleo con gap mejore el desempeño de un convertidor buck, es que quiero armar un buck que soporte hasta 100V DC de entrada y una salida de 14V y hasta 25A, de momento todas las pruebas que he hecho terminan saturandome el nucleo y el circuito comienza a trabajar mal, agradecido de antemano por todos sus interesantes videos

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  5. me gustaria que detalles la saturacion. Como se calcula el maximo de potencia de un nucleo, como se mide, que tiene que ver con la frecuencia, la inductancia y como saber si este nucleo que tengo en la mano sirve para esta fuente que necesito

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