Comprendre et choisir les anneaux et noyaux de ferrite

Altium Designer
|  Créé: June 29, 2017  |  Mise à jour: November 30, 2020

Perle de ferrite enclipsable

 Photo d’un anneau (ou noyau) de ferrite

Parfois, j’aimerais pouvoir voir les ondes électromagnétiques. 

Je pourrais ainsi détecter les interférences bien plus facilement. 

Au lieu de perdre mon temps avec des configurations compliquées et des analyseurs de signaux, je pourrais simplement voir la source de tout problème en un coup d'œil. 

Même si vous n’êtes pas en mesure de voir les interférences, vous pouvez parfois les entendre quand vous avez affaire à des circuits audio. Pour remédier à ce genre de problème, il est possible d’utiliser un anneau de ferrite. 

Malheureusement, leur fonctionnement peut être quelque peu obscur. Pour les utiliser correctement, vous aurez besoin de comprendre leurs caractéristiques électromagnétiques et la façon dont celles-ci changent durant leur utilisation. Une fois que vous aurez compris la théorie à la base des anneaux de ferrite, vous devrez sélectionner avec soin celui qui correspond le mieux à votre circuit imprimé. Si vous ne le faites pas, vous pourriez causer plus de problèmes qu'autre chose.

 Qu’est-ce qu’un anneau de ferrite et à quoi ça sert ?

Les anneaux de ferrite servent à atténuer les signaux haute fréquence. 

Vous pourriez donc être tenté de les considérer comme des inducteurs, mais c’est un peu plus complexes que ça. Le modèle de circuit simplifié d’un anneau de ferrite vous aidera à comprendre ses caractéristiques de fréquence. Toutefois, ces attributs peuvent changer en fonction du courant et de la température.

Un anneau de ferrite peut être modélisé comme un inducteur, un condensateur et une résistance en parallèle, avec une résistance en série devant ces composants. La résistance en série représente la résistance au courant continu. L’inducteur est le composant principal atténuant les signaux haute fréquence. La résistance parallèle représente les pertes de courant AC. Le condensateur simule une capacité parasite. Quand vous regardez la courbe de l’impédance en fonction de la fréquence d’un anneau de ferrite, vous pouvez voir que l’impédance, qui est le plus souvent résistive, n’est extrêmement élevée que dans une bande mince. C’est dans cette section que l’inductance de l’anneau est prédominante. Au-delà de cette bande, la capacité parasite reprend le dessus et réduit rapidement l’impédance haute fréquence.

Les anneaux de ferrite fonctionnent en général pour un certain courant continu nominal. Des intensités supérieures à la valeur spécifiée peuvent endommager le composant. Ce qui est gênant, c’est que cette limite est considérablement affectée par la chaleur. Lorsque la température augmente, le courant nominal diminue rapidement. Le courant nominal affecte également l’impédance de la ferrite. À mesure que le courant continu augmente, le noyaude ferrite « sature » et perd une partie de son inductance. Lorsque le courant est relativement élevé, la réduction d’impédance due à la saturation peut atteindre 90 %.

Une ESD dans l’air
Le courant de charge peut modifier l’impédance de votre ferrite.  

Choisir le bon noyau de ferrite pour éviter les parasites

Maintenant que vous avez compris la théorie à la base des anneaux de ferrite, il est temps d’en choisir un pour votre circuit. Ce n’est pas très difficile, il suffit de faire attention aux caractéristiques de l’anneau.

Beaucoup de gens savent que les anneaux de ferrite « atténuent les hautes fréquences ». Toutefois, les anneaux n’agissent pas comme un filtre passe-bas à large bande, puisqu’ils peuvent seulement vous aider à arrêter une gamme spécifique de fréquences. Vous devez choisir un anneaude ferrite de façon à ce que vos fréquences indésirables soient dans sa bande résistive. Si vous allez un peu au-dessus ou un peu en-dessous, l’anneaun’aura pas l’effet désiré. 

Vous devriez aussi obtenir si possible du fabricant la courbe de l’impédance en fonction du courant de charge pour l’anneau. Si votre courant de charge est très élevé, vous devrez sélectionner un composant capable d’encaisser le courant sans saturer et perdre son impédance.

Attention : anneaux de ferrite et chutes de tension

Les anneaux de ferrite sont essentiellement des charges résistives à hautes fréquences, ce qui signifie qu’ils peuvent causer quelques problèmes dans votre circuit. Lorsque vous placez un anneau, vous devez penser à la chute de tension et à la dissipation thermique.

Avant, quand la tension dans les circuits était plus élevée, une chute de tension ne posait pas de problème majeur. De nos jours, de nombreux circuits de faible puissance peuvent utiliser des tensions aussi basses que 2 V. À ce niveau, il est difficile de se permettre la moindre chute de tension. Les ferrites feront nécessairement chuter la tension du courant continu dans votre circuit. La chute peut sembler minime, mais si vos circuits intégrés (CI) présentent une consommation élevée et brève, la chute pourrait devenir significative. Placez votre noyau de ferrite là où la chute de tension ne causera aucun problème.

Comme les ferrites sont résistives aux hautes fréquences, elles dissipent l’énergie absorbée principalement sous forme de chaleur. Cette chaleur n’est pas nécessairement un problème, mais si vous n’y avez pas pensé lors de la conception de votre système actif ou passif de refroidissement, elle peut le devenir. Si votre système est particulièrement bruyant et si l’anneau doitabsorber beaucoup de fréquences élevées, cette chaleur peut devenir un problème. Assurez-vous de tenir compte de la dissipation de chaleur de l’anneau de ferrite. 

Un thermomètre à 45 degrés Celsius
Le courant de charge peut modifier l’impédance de votre anneau de ferrite.

Les anneaux de ferrite peuvent être très utiles, mais seulement si vous comprenez parfaitement leur fonctionnement. N’oubliez pas qu’ils atténuent les signaux dans une bande relativement restreinte, et que leur efficacité dépend de la température et du courant de charge. Pour utiliser au mieux un anneau de ferrite, vous devez vous assurer qu’il satisfait exactement à vos spécifications. Ensuite, lorsque vous placez le noyau, assurez-vous de tenir compte de la chute de tension et de la chaleur.

Il peut être difficile de choisir le bon anneau de ferrite, mais il n’est pas nécessaire qu’il en soit de même de la conception de votre circuit. Altium Designer est un logiciel de conception de circuits imprimés de pointe doté d’outils qui peuvent vous aider à concevoir le circuit optimal. Il dispose même de modules complémentaires comme l’analyseur de réseau de distribution de courant, qui peut vous aider à résoudre les problèmes relatifs aux chutes de tension et à la dissipation thermique.

Vous avez d’autres questions concernant les perles de ferrite ? Contactez un expert Altium.

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Outils de conception de circuits imprimés pour la conception électronique et DFM. Informations pour les dirigeants de l'AED.

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