A diferença de desempenho entre sensores de corrente pode estar neste “núcleo magnético”

A diferença de desempenho entre sensores de corrente pode estar neste “núcleo magnético”

O núcleo magnético serve como a “estrutura de detecção” de um sensor de corrente; ele concentra o campo magnético gerado pela corrente no condutor e o transmite ao sensor de efeito Hall, à bobina ou ao elemento magnetorresistivo para detecção.

A qualidade do núcleo magnético afeta diretamente a precisão, a linearidade, a deriva térmica, a resistência à saturação e a resposta em frequência do sensor.

I. Aço silício: uma solução consolidada para aplicações de alta potência e frequência de rede

O aço silício é um dos materiais magnéticos macios fundamentais. Para reduzir as perdas por correntes parasitas, adiciona-se de 1% a 5% de silício ao ferro para aumentar a resistividade.

• Principais vantagens: Alta indução magnética de saturação (entre 1,8T e 2,0T), baixo custo e alta resistência mecânica.
• Limitações de desempenho: As perdas aumentam acentuadamente em altas frequências; portanto, normalmente é usado abaixo de 1kHz.
• Cenários aplicáveis: Transformadores de corrente de frequência de rede, sensores de corrente Hall de malha aberta.

II. Permalloy: buscando a máxima precisão

Permalloy é uma liga de níquel-ferro com permeabilidade inicial extremamente alta e coercividade extremamente baixa.

• Principais vantagens: Sensibilidade extremamente alta em campos magnéticos fracos, excelente linearidade e erro de fase mínimo.
• Limitações de desempenho: Baixa indução magnética de saturação (aproximadamente 0,7T–0,8T) e alta sensibilidade ao estresse mecânico.
• Cenários aplicáveis: Transformadores de corrente de precisão, sensores de corrente fluxgate, sensores de corrente de fuga.

III. Ferrite: um material essencial para fontes de alimentação chaveadas

A ferrite é um tipo de material magnético cerâmico com resistividade extremamente alta.

• Principais vantagens: Alta resistividade, perdas por correntes parasitas extremamente baixas em altas frequências, e a frequência de operação pode chegar a vários MHz.
• Custo extremamente baixo: O formato é fácil de processar.
• Limitações de desempenho: Baixa intensidade de indução magnética de saturação (0,3T–0,5T), muito afetada pela temperatura.
• Cenários aplicáveis: Transformadores de corrente de alta frequência, sensores de malha aberta de alta frequência, bobinas de Rogowski (núcleos auxiliares).

IV. Nanocristalino: o “coringa” entre os materiais magnéticos macios

Materiais nanocristalinos são fabricados por tecnologia de solidificação rápida e possuem estruturas de grão extremamente finas, combinando as vantagens do aço silício e do permalloy.

• Principais vantagens: Alto fluxo magnético de saturação (~1,2T), alta permeabilidade, perdas extremamente baixas em alta frequência.
• Estabilidade térmica: Deriva térmica mínima, estável de CC até várias centenas de kHz.
• Limitações de desempenho: O material é frágil e geralmente requer um invólucro protetor.
• Cenários aplicáveis: Sensores Hall de malha fechada, sensores fluxgate de alto desempenho, transformadores de corrente de banda larga.

Tabela comparativa do desempenho de vários materiais de núcleo magnético