Ferrites annulaires
(517)Les ferrites toriques appartiennent à la famille des filtres en ferrite, également appelés noyaux de ferrite. Ces filtres peuvent être de différentes tailles et formes, y compris la forme de cylindres avec une ouverture le long de leur axe de rotation ou des anneaux. On les trouve souvent aux extrémités de divers types de fils et de câbles, par exemple dans les souris d’ordinateur, des alimentations à impulsions ou sur des câbles USB, parfois même des deux côtés, à proximité des fiches, et donc également à proximité de l’entrée et de la sortie « dans » et « de » l’appareil spécifique.
Le principe de fonctionnement des ferrites toriques
Les filtres en ferrite, au sens le plus simple, sont utilisés pour supprimer le bruit haute fréquence dans les deux sens. Leur fonctionnement ne diffère presque pas des bobines d’arrêt ou des inducteurs couramment utilisés. Dans leurs applications, les ferrites sont principalement caractérisées par l’impédance, mais elles peuvent indirectement introduire une sorte de capacité et de résistance dans le système. Lorsqu’ils sont appliqués dans les conducteurs AC et DC, ils agissent comme un filtre passe-bas qui supprime les perturbations à haute fréquence et dissipent essentiellement leur énergie par conversion en énergie thermique, qui est ensuite transmise dans l’environnement. Ces interférences peuvent être le résultat, par exemple, de l’influence électromagnétique d’un autre appareil ou d’un système électronique situé à proximité du signal de sortie. Une situation typique comme celle-ci est pour les alimentations à découpage, qui est liée à la spécificité de leur fonctionnement et des courants de commutation à haute fréquence. Ces perturbations sont appelées perturbations électromagnétiques, dites bruit EMI (ang. Electromagnetic interference) ou RFI (ang. radio-frequency interference). Le courant qui traverse le conducteur, selon la loi d’Ampère, crée un champ magnétique autour de lui. En cas de perturbation du courant, ce champ n’est pas constant et fluctue, ce qui interagit alors avec le filtre en ferrite. Ceci, à son tour, supprime les perturbations du signal électrique qui surviennent dans un conducteur donné.
En termes simples, lorsque la fréquence de la perturbation augmente, l’impédance du conducteur sur lequel le noyau de ferrite est monté augmente. Cependant, ce n’est qu’à moitié vrai. Les ferrites ont des caractéristiques de fréquence, qui montrent les valeurs d’impédance les plus élevées des fréquences de tension oscillantes. Après avoir dépassé une certaine valeur de fréquence, leur impédance recommence à diminuer. Lors de la sélection de la ferrite torique appropriée, il est extrêmement important d’en choisir une avec les valeurs d’impédance les plus élevées pour les perturbations se produisant dans notre système. Afin de les trouver, et en même temps de choisir le bon filtre, vous pouvez mener des expériences et des recherches, par exemple en utilisant l’analyse de fréquence, autrement connue sous le nom d’analyse spectrale.
Sélection de ferrites toriques – à quoi faut-il faire attention ?
Lors de la conception du système électronique dans lequel on souhaite utiliser de la ferrites toriques il faut tenir compte du fait qu’elle est chauffée. Il est donc nécessaire d’assurer un refroidissement passif ou actif adéquat avec l’utilisation d’une circulation d’air forcée, par exemple par un ventilateur. Une valeur de courant élevée et des interférences à haute fréquence entraîneront non seulement l’émission d’une quantité importante de chaleur, mais peuvent également entraîner une saturation du noyau de ferrite, c’est-à-dire une diminution de son inductance jusqu’à 90%.
Application de ferrites toriques
Les noyaux de ferrite sont un moyen simple et peu coûteux d’appliquer une filtration passe-bas à une infrastructure de câbles déjà existante, par exemple en créant une self ou, en d’autres termes, une inductance. Dans le cas des ferrites toriques il suffit d’enrouler le conducteur plusieurs fois, généralement 5 à 7, par le centre autour de l’anneau pour assurer une filtration adéquate contre les interférences à haute fréquence.
Les ferrites toriques peuvent être trouvées dans le câblage externe, mais les filtres en ferrite se trouvent également souvent à l’intérieur de divers appareils, par exemple sous la forme de billes de ferrite ou de bobines d’arrêt, comme filtres pour l’alimentation entrante, mais aussi pour filtrer les signaux directement sur les PCB, à proximité des transistors, des microprocesseurs et d’autres circuits intégrés ainsi que des connecteurs.
L’utilisation de filtres en ferrite s’avère également utile pour les appareils pouvant émettre de l’énergie radiofréquence, car dans ce cas, le câble peut se comporter comme une antenne, de sorte que le signal transmis par celui-ci sera perturbé. Ce phénomène peut entraîner un comportement inattendu des appareils alimentés. Le même phénomène peut également se produire pour les câbles de signal, ce qui peut provoquer des distorsions de communication entre les circuits intégrés.
Lors de la sélection de la ferrite torique appropriée, il convient de prêter attention à plusieurs facteurs, en fonction de l’application spécifique, des courants circulant dans le conducteur, ainsi que de l’espace dont nous disposons, par exemple dans le boîtier d’un appareil donné. Les dimensions du filtre peuvent être prises en compte, y compris le trou interne, qui doit permettre de faire passer plusieurs fois par son centre un câble d’un diamètre donné, le matériau du noyau, qui se traduira par ses caractéristiques de fréquence et le facteur d’inductance. Avant de choisir un noyau de ferrite spécifique, il convient également de lire sa documentation technique détaillée fournie par le fabricant, qui contiendra toutes les informations les plus importantes, ainsi que les caractéristiques susmentionnées.
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