Le fonctionnement des perles de ferrite et comment choisir la bonne

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 une perle de ferrite. Malheureusement, leur fonctionnement peut être quelque peu nébuleux. 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 ferrites, vous devrez sélectionner avec soin celle qui correspond le mieux à votre carte. Si vous ne le faites pas, vous pourriez causer plus de problèmes qu'autre chose.

La théorie à la base des perles de ferrite

Les perles de ferrite servent à atténuer les signaux haute fréquence. Vous pourriez donc être tenté de les considérer comme des inducteurs, mais elles sont un peu plus complexes que cela. Le modèle de circuit simplifié d’une perle de ferrite vous aidera à comprendre ses caractéristiques de fréquence. Toutefois, ces attributs peuvent changer en fonction du courant et de la température.

Une perle de ferrite peut être modélisée comme une inductance, 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 CA. Le condensateur simule une capacité parasite. Quand vous regardez la courbe de l’impédance en fonction de la fréquence d’une perle de ferrite, vous pouvez voir que l’impédance, qui est le plus souvent résistive, est extrêmement haute dans une bande mince. C’est dans cette section que l’inductance de la perle est prédominante. Au-delà de cette bande, la capacité parasite reprend le dessus et réduit rapidement l’impédance haute fréquence.

Les perles 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, la perle de 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 %.

Le courant de charge peut modifier l’impédance de votre ferrite.

Comment choisir la bonne perle de ferrite

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

Beaucoup de gens savent que les ferrites « atténuent les hautes fréquences ». Toutefois, les perles n’agissent pas comme un filtre passe-bas à large bande, puisqu’elles peuvent seulement vous aider à arrêter une gamme spécifique de fréquences. Vous devez choisir une perle de 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, la perle n’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 la perle. Si votre courant de charge est très élevé, vous devrez sélectionner une perle capable d’encaisser le courant sans saturer et perdre son impédance.

Mises en garde

Les perles de ferrite sont essentiellement des charges résistives à hautes fréquences, ce qui signifie qu’elles peuvent causer quelques problèmes dans votre circuit. Lorsque vous placez une perle, 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 constituait pas un gros problème. De nos jours, de nombreux circuits de faible puissance peuvent utiliser des tensions aussi petites 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 un état court d’appel de courant élevé, la chute pourrait devenir significative. Placez votre perle 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 en devenir un. Si votre système est particulièrement bruyant et si la perle va absorber beaucoup de fréquences élevées, cette chaleur peut devenir un problème. Assurez-vous de tenir compte de la dissipation de chaleur de la perle.

Le courant de charge peut modifier l’impédance de votre perle de ferrite.

Les perles de ferrite peuvent être très utiles, mais seulement si vous comprenez parfaitement leur fonctionnement. N’oubliez pas qu’elles 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 une perle de ferrite, vous devez vous assurer qu’elle satisfait exactement à vos spécifications. Ensuite, lorsque vous placez la perle, assurez-vous de tenir compte de la chute de tension et de la chaleur.

Il peut être difficile de choisir la bonne perle 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.

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