Comment utiliser les perles, puces, noyaux et plaques de ferrite

Parlez du mot ferrite autour de certains concepteurs de circuits, et l'esprit saute probablement à "perle de ferrite". Ces composants sont généralement intégrés dans une conception avec une intention simple : bloquer tout sauf le courant continu. Très simplement, les perles de ferrite, quel que soit leur facteur de forme, sont destinées à être un circuit passe-bas simple. Mais qu'en est-il des autres types de ferrites ? Comment leur fonctionnalité électrique se compare-t-elle à une simple perle de ferrite ?

Il existe plusieurs types de ferrites à envisager dans votre conception. Bien qu'ils obéissent tous aux mêmes lois de la physique, ils peuvent fournir différentes fonctions dans votre conception en fonction de leur facteur de forme et de leur emplacement. En particulier, il existe certains problèmes qu'un ferrite alternatif peut résoudre et qui ne peuvent pas être abordés avec une perle de ferrite.

Différents ferrites, différentes applications

Commencez à regarder certains sites web de fabricants de composants, et vous trouverez une terminologie variée concernant les perles de ferrite. Certaines entreprises utiliseront le nom correct d'un produit lors de la description des ferrites, tandis que d'autres guides de produits se contenteront d'appeler tout cela une perle de ferrite. Il y a aussi les plaques de ferrite, qui ne sont pas fournies par chaque fabricant de perle de ferrite. Certaines directives EMI feront également référence à la perle de ferrite de manière générale lorsqu'elles indiquent quel composant est votre solution magique contre les EMI, et cela généralement sans préciser comment ou où placer le composant.

L'objectif de l'utilisation d'une ferrite est de tirer parti de la haute susceptibilité magnétique des matériaux ferrimagnétiques pour supprimer le bruit et les radiations. Ces matériaux ont une valeur μ élevée dans l'équation d'inductance standard. Lorsqu'ils sont utilisés comme inducteurs, la valeur μ élevée est ce qui vous donne une grande inductance pour un emballage physiquement petit. Pour percer toute cette confusion, examinons chacune de ces options de ferrite pour voir laquelle est la meilleure option pour votre système.

Noyau de Ferrite

Ceci est la référence la plus courante à une perle de ferrite que vous trouverez sur les forums, dans les guides, et ailleurs. Nous faisons souvent un mauvais travail pour différencier cela d'un inducteur, d'une perle de ferrite montée sur carte, et d'une bobine à mode commun pour des raisons que nous verrons dans un instant. Certains fabricants de ferrites l'appelleront une bobine de ferrite ou un collier de ferrite plutôt qu'un noyau de ferrite, et cela devient confus parce que certains fabricants utiliseront ces termes de manière interchangeable pour autre chose (soit des bobines à mode commun ou différentiel, soit des ferrites en puce). Soyez attentif à cela lorsque vous envisagez l'utilisation de ferrites toroïdaux pour le serrage des cordons d'alimentation, et lorsque vous regardez les produits sur le site Web d'un fabricant.

Peu importe le terme utilisé pour désigner ce composant, il est destiné à être placé sur un cordon d'alimentation entrant dans le système avec l'idée de supprimer le bruit commun en mode conduit provenant du réseau. Vous verrez parfois cela comme un noyau toroïdal enroulé autour du cordon de sortie de votre prise d'alimentation DC. Si vous lisez ceci sur votre ordinateur portable, il y a probablement un noyau de ferrite sur le cordon d'alimentation.

Ferrites en Puce

Ces composants sont essentiellement destinés à être des inducteurs avec un noyau en ferrite dans un petit boîtier CMS avec un motif de connexion standardisé. Ils sont également souvent appelés « perles de ferrite en puce », il y a donc une distinction importante avec un noyau de ferrite standard trouvé sur un cordon d'alimentation. Le but de ces composants est de fournir une haute inductance dans un emballage physiquement petit, bien plus petit que ce que vous verriez pour une bobine d'inducteur à noyau d'air typique.

Les ferrites en puce peuvent également être emballés comme composants en puce de faible profil qui fournissent un filtrage du bruit en mode commun ou différentiel. Les fréquences de coupure pour ces composants peuvent atteindre des centaines de MHz. Il est important de noter que les valeurs d'impédance seront différentes pour le bruit en mode différentiel par rapport au bruit en mode commun. Par exemple, regardez la courbe d'impédance pour une perle de ferrite en puce ci-dessous. L'impédance en mode commun montre le comportement typique d'un inducteur à extrémité unique, mais le composant en mode différentiel a toujours une haute impédance, limitant l'utilisation de ce type de composant comme filtre en mode différentiel à moins que vous ne soyez préoccupé par le filtrage jusqu'à des fréquences d'environ ~GHz.

Plaques de Ferrite

Ces composants sont littéralement des plaques ou des disques d'un matériau ferrimagnétique, et ils sont placés dans un boîtier près d'un composant problématique. Une application courante se trouve dans l'électronique de puissance pour contrer le bruit de commutation sans ajouter un circuit de filtrage à une disposition. Ces matériaux peuvent fournir une protection contre le bruit couplé inductivement provenant d'une source à fort dI/dt, comme vous pourriez l'obtenir dans un régulateur de puissance à commutation de fort courant. Ils offrent également une suppression des EMI rayonnées, agissant comme un matériau de blindage standard. Cependant, assurez-vous de vérifier la valeur de μ par rapport à la fréquence pour ces matériaux afin de déterminer l'efficacité du blindage.

Inductances de Mode Commun

Le plus souvent désignées comme une paire d'inductances couplées, ces composants incluent un noyau ferrite cylindrique avec un fil enroulé pour fournir soit un filtrage du bruit de mode commun, bien que l'inversion de l'enroulement sur l'un de ces composants fournira un filtrage en mode différentiel. Ces composants peuvent être utilisés avec d'autres composants réactifs pour fournir un filtrage en mode mixte au 2ème ordre et plus. Un circuit typique qui fournit un filtrage du bruit en mode commun et en mode différentiel avec une pente de 12 dB/octave est montré ci-dessous.

Résumé

L'utilisation des perles de ferrite est parfois mal expliquée, bien qu'il soit généralement admis que leur but est de supprimer les interférences électromagnétiques (EMI). En réalité, les perles de ferrite ne sont pas une solution miracle pour tous les problèmes d'EMI et, dans certains cas, leur placement dans un circuit peut créer un nouveau problème d'EMI en raison du comportement de coupure de bande des perles de ferrite réelles. Supprimer les EMI est plus complexe que de simplement placer une perle de ferrite sur un cordon d'alimentation ou sur la ligne d'alimentation d'un circuit intégré (IC), comme le décrit Kella Knack dans un article récent. Typiquement, vous aurez besoin de plus d'une solution qui cible différentes plages de fréquences, mais seulement après avoir suivi certaines des meilleures pratiques de disposition pour un faible EMI.

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