Comment choisir une bobine d'inductance en ferrite
Le choix de l'inductance à bobine de ferrite appropriée est crucial pour le bon fonctionnement du circuit. Il convient tout d'abord de définir la valeur de l'inductance. Pour garantir la stabilité du circuit, il est important de sélectionner une inductance présentant une valeur adéquate.
Il convient ensuite de considérer le courant maximal admissible par l'inductance. La saturation de l'inductance entraînerait une réduction significative de ses performances. De plus, le matériau du noyau est important, car il existe différents matériaux en ferrite adaptés à des plages de fréquences spécifiques.
La réponse en fréquence est le paramètre suivant à prendre en compte, notamment dans le cas d'applications à haute fréquence où il est nécessaire d'utiliser des matériaux en ferrite à faibles pertes dans le noyau.
La stabilité thermique est également importante, notamment pour l'électronique automobile et industrielle.
La taille et le format sont des paramètres importants pour les dispositifs électroniques compacts. Les petites inductances doivent satisfaire aux exigences électriques du circuit.
De plus, une faible résistance en courant continu est requise pour les inductances en ferrite afin d'éviter les pertes d'énergie et la surchauffe.
Afin de garantir le bon fonctionnement du circuit, notamment pour les dispositifs de communication ou médicaux sensibles, il est important de prêter attention aux performances en matière de compatibilité électromagnétique (CEM). Les inductances en ferrite blindées peuvent être utilisées dans les environnements perturbés.
De plus, le coût est un facteur important, mais il ne doit pas influencer les performances ni la fiabilité.
Travailler avec un fabricant de confiance permet de garantir une qualité constante et un approvisionnement stable.
Enfin, les essais et le prototypage constituent également des étapes importantes du processus de sélection. Ils permettent de s'assurer que l'inductance sélectionnée fonctionne correctement en conditions réelles d'utilisation.
CONSEILS POUR ÉVITER LES ERREURS DE CONCEPTION COURANTES
L'une des erreurs fréquentes lors de la conception d'inductances à bobine de ferrite est le choix inapproprié de leur valeur, ce qui engendre une instabilité du circuit. Une autre erreur consiste à négliger la saturation du courant de l'inductance, ce qui provoque une dégradation des performances sous fortes charges.
Une conception thermique inadéquate peut entraîner une surchauffe et un dysfonctionnement de l'inductance. Les ingénieurs négligent souvent les performances électromagnétiques des inductances, ce qui génère du bruit dans le produit fini. L'utilisation d'un matériau en ferrite de mauvaise qualité diminue le rendement et augmente les pertes d'énergie. Un bobinage incorrect peut également affecter la stabilité de l'inductance. Une simulation, des tests et une sélection des matériaux appropriés permettent d'éviter ces erreurs.
Calcul de l'inductance d'une inductance à noyau de ferrite
Il semble que le point essentiel à considérer lors de la conception d'un circuit électronique de puissance soit le calcul de l'inductance de l'inductance à noyau de ferrite. Il est important de connaître tous les paramètres du noyau et d'utiliser un modèle adapté à l'application. Les noyaux de ferrite sont privilégiés pour les applications haute fréquence en raison de leurs faibles pertes. Plusieurs méthodes permettent d'estimer l'inductance d'une inductance à noyau de ferrite.
Approche de base : Le facteur d’inductance (A_L)
L'approche la plus courante et la plus simple consiste à utiliser le facteur d'inductance (ou valeur A_L). C'est l'approche la plus fréquente, notamment pour les noyaux de formes standard. A_L (généralement exprimé en nH/N²) est la constante du noyau. Il s'agit de l'inductance d'une spire. Elle dépend de la géométrie du noyau et de sa perméabilité.
L'inductance (L) peut être facilement calculée à l'aide de la formule suivante :
L = ALN 2
Où? :
L est l'inductance en nanohenrys (nH).
A_L est le facteur d'inductance du noyau (nH/N2).
N est le nombre de tours de l'enroulement.
Il s'agit d'une approche pratique pour réaliser une conception de premier ordre. La valeur A_L est fournie par le fabricant dans la fiche technique du noyau et est généralement mesurée à faible niveau de signal (par exemple, 1 kHz, B < 10 gauss). Les valeurs A_L standard pour de nombreux noyaux sont définies par la norme internationale, telle que la norme CEI 62358.
Si vous avez un noyau avec A_L = 250 nH/N² et que vous avez enroulé 10 spires, alors l'inductance sera L = 250 nH * 10² = 2500 nH ou 25 uH.
Calcul de l'inductance basé sur les principes des circuits magnétiques
Il est également possible de calculer l'inductance selon les principes du circuit magnétique. Cette approche est plus flexible et peut être utilisée lorsqu'on souhaite prendre en compte des aspects supplémentaires tels que les entrefers.
L'inductance est déterminée par :
L = N ^ 2 / \mathcal{R}_{total}
où $\mathcal{R}_{\text{total}}$ représente la réluctance totale du circuit magnétique. La réluctance est l'équivalent magnétique de la résistance électrique et se calcule pour chaque partie du circuit magnétique (le noyau et les entrefer) à l'aide de la formule suivante :
ℛ = l μ 0 μ r A
Endroit:
l représente la longueur moyenne du trajet magnétique de la section.
μ 0 est la perméabilité de l'espace libre (4π × 10 −7 H/m).
μᵣ est la perméabilité relative du matériau.
A représente l'aire de la section transversale.
La réluctance totale d'un noyau de section et de longueur uniformes est la somme de la réluctance du noyau et de celle de l'entrefer : ℛtotal = ℛnoyau + ℛentrefer. Cette approche est utile. Elle montre comment l'ajout d'un entrefer (avec un faible μᵣ = 1) augmente la réluctance totale et, par conséquent, diminue l'inductance. Cette méthode de conception permet d'éviter la saturation du noyau sous l'effet de courants de polarisation continus élevés.
Considérations supplémentaires
Ces approches constituent un bon point de départ, mais le calcul de l'inductance « réelle » de l'inductance à noyau de ferrite peut s'avérer complexe. L'inductance n'est pas constante ; elle varie en fonction des conditions de fonctionnement. Par conséquent, lors de la conception, il convient de prendre en compte les aspects suivants :
Polarisation CC : L’inductance effective diminue et le noyau est davantage saturé lorsqu’un courant continu traverse l’enroulement. C’est pourquoi il est préférable pour les concepteurs d’utiliser la valeur A_L du graphique qui tient compte de l’énergie LI² requise, plutôt que la valeur nominale sans polarisation.
Fréquence : La perméabilité des matériaux en ferrite dépend de la fréquence. C’est pourquoi l’inductance et les pertes dans le noyau (ESR) doivent être prises en compte en fonction de la fréquence pour les applications haute fréquence.
Modélisation de l'entrefer : La formule simple de réluctance est moins efficace pour les noyaux présentant de grands entrefers en raison de la présence de flux de fuite. Un modèle plus complexe est nécessaire pour le calcul précis de la réluctance de l'entrefer.
Conclusion
Comme mentionné précédemment, l'approche A_L, basée sur la formule L = A_L * N², est la méthode rapide et acceptée pour déterminer l'inductance, mais une conception plus complexe peut nécessiter l'utilisation de l'approche du circuit magnétique ou même de modèles dépendant de la fréquence.
