Utiliser des ferrites pour supprimer les EMI

Dans notre monde idéal, la sécurité, la qualité et la performance sont primordiales. Cependant, dans de nombreux cas, le coût du composant final (qui inclut la ferrite) est devenu le facteur décisif. Cet article est rédigé pour aider l'ingénieur de conception à la recherche de matériaux ferrite alternatifs comme moyen de réduire les coûts.

APPLICATIONS DES FERRITES

Voici trois applications principales de la ferrite douce :

1. Niveau de signal faible2. Puissance3. EMI

Les caractéristiques intrinsèques requises du matériau et la géométrie du noyau sont dictées par chaque application spécifique. Les caractéristiques intrinsèques contrôlant les performances des applications à faible niveau de signal sont la perméabilité (en particulier avec la température), une faible perte de noyau et une bonne stabilité magnétique dans le temps et la température. Les applications incluent les inductances à Q élevé, les inductances de mode commun, les transformateurs à large bande, d'adaptation et d'impulsion, les éléments d'antenne pour les radios et les transpondeurs actifs et passifs. Pour les applications de puissance, les caractéristiques souhaitables sont une densité de flux élevée et de faibles pertes à la fréquence et à la température de fonctionnement. Les applications incluent les alimentations à découpage, les amplificateurs magnétiques, les convertisseurs CC-CC, les filtres de puissance, les bobines d'allumage et les transformateurs pour le chargement des batteries des véhicules électriques.

La caractéristique intrinsèque qui influence le plus les performances de la ferrite douce dans les applications de suppression est la perméabilité complexe [1], qui est directement proportionnelle à l'impédance du noyau. Il existe trois manières d'utiliser les ferrites comme suppresseurs de signaux indésirables, conduits ou rayonnés. Le premier, et le moins courant, consiste en de véritables boucliers dans lesquels la ferrite est utilisée pour isoler un conducteur, un composant ou un circuit d'un environnement de champs électromagnétiques parasites rayonnés. Dans la deuxième application, la ferrite est utilisée avec un élément capacitif pour créer un filtre passe-bas inductif – capacitif aux basses fréquences et dissipatif aux fréquences plus élevées. La troisième utilisation, et la plus courante, est celle où les noyaux de ferrite sont utilisés seuls sur les câbles des composants ou dans les circuits au niveau de la carte. Dans cette application, le noyau de ferrite empêche toute oscillation parasite et/ou atténue la capture ou la transmission de signaux indésirables qui pourraient se propager le long des fils de composants ou des fils, pistes ou câbles interconnectés. Dans la deuxième et la troisième application, le noyau de ferrite supprime les EMI conduits en éliminant ou en réduisant considérablement les courants haute fréquence émanant de la source EMI. L'introduction de la ferrite fournit une impédance de fréquence suffisamment élevée qui entraîne la suppression des courants haute fréquence. Théoriquement, la ferrite idéale fournirait une impédance élevée aux fréquences EMI et une impédance nulle à toutes les autres fréquences. En réalité, les noyaux suppresseurs de ferrite fournissent une impédance dépendante de la fréquence. Faible aux fréquences inférieures à 1 MHz, et en fonction du matériau ferrite, l'impédance maximale peut être obtenue entre 10 MHz et 500 MHz.

PERMÉABILITÉ COMPLEXE

Comme cela est cohérent avec les principes du génie électrique dans lesquels les tensions et courants alternatifs sont désignés par des paramètres complexes, la perméabilité d'un matériau peut être représentée comme un paramètre complexe constitué d'une partie réelle et d'une partie imaginaire. Ceci est mis en évidence aux hautes fréquences où la perméabilité se divise en deux composantes. La composante réelle (μ') représente la partie réactive, et est en phase [2] avec le champ magnétique alternatif, tandis que la composante imaginaire (μ”) représente les pertes, et est déphasée avec le champ magnétique alternatif. Celles-ci peuvent être exprimées en composantes série (μs' μs” ) ou en composantes parallèles (μp' μp”). Les graphiques des figures 1, 2 et 3 montrent les composantes en série de la perméabilité initiale complexe en fonction de la fréquence pour trois matériaux ferrites. Le type de matériau 73 est une ferrite de zinc et de manganèse avec une perméabilité initiale de 2 500. Le type de matériau 43 est une ferrite de nickel et de zinc avec une perméabilité initiale de 850. Le type de matériau 61 est une ferrite de nickel-zinc avec une perméabilité initiale de 125.