Types d'inductances expliqués : Guide complet

Les inductances ont la réputation d'être volumineuses et lentes. Ainsi, certains amateurs peuvent les éviter — surtout au début. Cependant, ce sont des composants passifs critiques qui valent la peine d'être appris. De plus, toutes les inductances ne sont pas inflexibles et encombrantes, et elles peuvent être l'un des composants électroniques les plus vitaux pour votre circuit imprimé. Mais d'abord, vous devrez savoir quel type d'inductances est le plus adapté à votre projet.

Types d'inductances

Les inductances se présentent sous diverses formes et tailles. Dans cette section du guide, nous explorerons tous les types d'inductances disponibles, et nous discuterons de leurs caractéristiques, applications et construction.

Inductance couplée

Construction

Les inductances couplées se composent d'un transformateur idéal et d'une inductance avec inductance de magnétisation, et ces deux composants se combinent pour former l'inductance couplée. Comme pour la plupart des inductances, l'inductance couplée utilise le composant d'inductance magnétisé pour stocker l'énergie tandis que le transformateur la transfère. Cependant, les deux bobines de l'inductance augmentent la perméabilité électromagnétique globale grâce à un phénomène que nous connaissons sous le nom d'inductance mutuelle / induction mutuelle.

Utilisations

Nous utilisons généralement les inductances couplées dans les convertisseurs DC-DC buck-boost tels que :

• Convertisseurs à inductance primaire simple (SEPIC)
• Convertisseurs Flyback
• Convertisseurs Ćuk

Spécifications d'exemple

• Volume du noyau : 0,121 litre
• Longueur d'entrefer :
  • Côté : 0 mm
  • Centre : 26,6 mm
• Poids total : 910 g

Schéma

Source : Wikimedia Commons

Inductance à noyau d'air

Construction

L'inductance à noyau d'air est l'un des types d'inductances les plus courants. Elle utilise souvent un noyau en céramique, et c'est pourquoi nous la désignons généralement comme inductance à noyau céramique. Cependant, les inductances à air peuvent également être sans noyau.

Néanmoins, les inductances à air à noyau céramique non magnétique sont préférables. C'est parce que le noyau en céramique donne sa forme à l'inductance et la supporte. De plus, la céramique est un matériau idéal en raison de son faible coefficient de dilatation thermique, et donc, elle peut fournir des niveaux élevés de stabilité lorsque la bobine est en service. Vous ne serez pas surpris d'apprendre que la céramique est l'un des matériaux de noyau les plus omniprésents.

De plus, la céramique est dépourvue de propriétés magnétiques. Par conséquent, elle a une perméabilité nulle et ne stockera pas d'énergie résiduelle ni n'interférera avec l'inductance globale du composant. Pendant le processus de production, les fabricants tremperont l'inductance dans de la cire ou du vernis pour la stabiliser davantage. Ce processus est essentiel pour les inductances à air sans noyau.

Utilisations

Nous pouvons utiliser les inductances à noyau d'air dans des applications à haute fréquence telles que les téléviseurs. D'autres applications notables incluent :

• Couplage interétage
• Applications basse fréquence entre 20 Hz et 1 MHz
• Bobines d'accord RF et IF
• Circuits de filtrage

Spécifications d'exemple

• Température de fonctionnement : -40 °C à 125 °C (+)
• Tolérance : ± 2 %, 5 % et 10 %
• Plage : 1,65 nH à 538 nH
• Résistance CC : 0,4 Ω
• Jauge de fil : 18 AWG

Schéma

Source : Wikimedia Commons

Inductance à noyau feuilleté

Source : Wikimedia Commons

Construction

Les fabricants construisent le noyau de ces inductances en organisant une pile de feuillets les uns sur les autres. Les matériaux que ces feuillets comprennent dépendent des spécifications et du but de l'inductance. Par conséquent, il peut se composer d'une pléthore de matériaux, tous avec des épaisseurs différentes.

Cependant, les feuillets ont tendance à être à base d'acier et comportent un matériau isolant entre eux. Ainsi, le fabricant doit disposer ces feuillets parallèlement au champ magnétique pour éviter les pertes par courants de Foucault. De plus, les autres composants critiques de l'inductance à noyau feuilleté incluent une bobine enroulée autour d'un support (bobine).

Utilisations

Nous utilisons généralement les inductances feuilletées dans les transformateurs. Cependant, vous pouvez également les utiliser dans une large gamme d'applications telles que :

• Filtres de ligne
• Filtres anti-bruit
• Chokes de filtrage
• Chargeurs/convertisseurs pour véhicules électriques

Spécifications d'exemple

• Plage de courant CC : 1,0 ADC à 200 ADC
• Plage d'inductance : 0,12 mH à 100 mH
• Température de fonctionnement : jusqu'à 130 °C

Schéma

Source : Wikimedia Commons

Inductance à noyau ferrite

Source : Wikimedia Commons

Construction

En apparence, la ferrite ressemble à un matériau céramique. Cependant, contrairement à la céramique, c'est un matériau ferreux (ferromagnétique). Cela signifie qu'il s'aimante lorsqu'il se trouve dans un champ magnétique, et qu'il conserve cet aimantation lorsque le champ est retiré.

Par conséquent, il a une perméabilité électromagnétique élevée et un chemin de faible réluctance pour le flux magnétique. Comme les matériaux du noyau consistent en oxyde de fer, nous pouvons également nous référer aux inductances à noyau de fer.

Il existe deux types de noyaux ferrite :

• Ferrite douce : Elle ne porte l'électromagnétisme que temporairement. Par conséquent, lorsque le champ magnétique diminue, la ferrite perd son aimantation. Ainsi, elle peut inverser la polarité magnétique. En conséquence, c'est pourquoi nous la désignons souvent comme aimant transitoire ou temporaire.
• Ferrite dure : Un matériau dense et robuste qui peut fonctionner à des températures jusqu'à 180 °C. Cependant, contrairement à la ferrite douce, elle conserve son aimantation après le retrait du champ magnétique. Par conséquent, nous les désignons comme aimants permanents.

Utilisations

Nous pouvons utiliser les inductances à noyau ferrite dans les applications suivantes :

• Filtres Pi
• Circuits de commutation
• Différentes plages de fréquences

Spécifications d'exemple

• Inductance : 1400 ± 25 % nH
• Plage de fréquence de fonctionnement : ≥ 150 kHz
• Température de fonctionnement : -25 °C à ±180 °C
• Poids : 1,4 g à 27,6 g

Schéma

Source : Wikimedia Commons

Inductances à noyau toroïdal

Les inductances à noyau toroïdal utilisent des tore comme noyau. Par conséquent, vous remarquerez que la plupart des types d'inductances sur cette listent basent leur nom sur le matériau que le corps utilise. Cependant, toroïdal fait référence à la forme du noyau plus qu'au matériau.

Les tore sont des structures en forme de beignet — circulaires avec un trou au milieu. En conséquence, les inductances toroïdales existent dans une variété de tailles et de matériaux. Par conséquent, vous pouvez trouver des inductances basées sur toroïde avec du matériau ferrite ou des produits à noyau en poudre tels que Kool Mµ.

La raison pour laquelle nous avons différents matériaux est qu'ils se comportent différemment avec différentes fréquences et valeurs d'inductance. Néanmoins, quel que soit le matériau, l'avantage le plus significatif de l'inductance à noyau toroïdal par rapport aux autres types d'inductances est une interférence électromagnétique (EMI) plus faible.

Bien que vous puissiez créer votre inductance à noyau toroïdal à la maison, vous aurez besoin d'un enroulement unique correspondant pendant le processus de fabrication.

Utilisations

Les applications des inductances à noyau toroïdal peuvent inclure :

• Alimentations
• Circuits électroniques
• Circuits analogiques
• Systèmes de communication
• Dispositifs médicaux

Spécifications d'exemple

• Types de matériaux :
  • Poudre de Molypermalloy
  • High Flux (poudre d'alliage nickel-fer)
  • Kool Mµ (poudre d'alliage fer, aluminium, silicium)
  • XFlux (poudre d'alliage silicium-fer)
  • Kool Mµ Max (alliage fer, silicium et aluminium)  
• Perméabilité : 14 - 300 H/m
• Saturation : 0,7 à 1,6 T

Perte AC du noyau : Faible à élevée

Schéma

Source : Wikimedia Commons

Inductance à support (bobbin)

Source : Wikimedia Commons

Un support (bobbin) est un morceau de matériau cylindrique qui permet d'enrouler du fil, du ruban ou une bobine de cuivre autour. Encore une fois, le nom décrit la forme du matériau par opposition au matériau lui-même. Par conséquent, nous pouvons également désigner ce type d'inductance comme inductance à noyau tambour en raison de sa forme.

Une fois que nous enroulons la bobine autour du tambour, nous la sécurisons en utilisant un tube thermorétractable sur le corps. Le support peut venir dans diverses formes et types de matériaux. Par exemple, il peut consister en matériau ferromagnétique, fer en poudre, ou alliages nickel-fer.

Utilisations

Nous utilisons principalement les inductances à support sur les circuits imprimés montés. D'autres applications d'inductance incluent :

• Adaptateur d'alimentation
• Filtres Pi
• Circuit de filtrage
• Circuits d'alimentation à découpage

Spécifications d'exemple

• Type de matériau :
  • Alliage nickel-fer
  • Alliage cobalt
  • Fer en poudre et nickel
  • Ferrite

Inductance standard : +/- 10 %

Facteurs de forme : Vertical et horizontal

Schéma

Source : Wikimedia Commons

Inductances axiales fixes

Construction

Les inductances axiales ressemblent beaucoup à des résistances, et par conséquent, nous pouvons également les désigner comme inductances à anneaux de couleur. Néanmoins, elles comportent souvent une bobine fine autour d'un matériau ferrite courbé miniature de type support. Une fois que nous enroulons la boucle autour du noyau, nous connectons des fils aux deux extrémités de la structure. Ensuite, nous la moulons avec une isolation en céramique verte ou en plastique. Finalement, nous la marquons avec des anneaux/bandes selon les spécifications et normes de l'Electronic Industries Association (EIA).

Ces anneaux nous permettent de discerner la valeur de l'inductance ou son inductance. Typiquement, vous pouvez les trouver comme inductances à 4 ou 5 anneaux. Néanmoins, pour calculer la valeur d'une inductance, vous devriez vous référer à la feuille de codes couleurs EIA.

Utilisations

Les inductances axiales sont généralement des inductances à haute fréquence. En raison de leur taille et de leur robustesse générale, nous pouvons les utiliser dans plusieurs applications telles que :

• Circuits imprimés
• Applications RF
• Circuits résonants
• Convertisseurs buck-boost
• Normalisation du flux de courant dans un circuit électrique
• Circuits de filtrage et autres conceptions

Spécifications d'exemple

• Température de fonctionnement :  -55 °C à ± 105 °C
• Types de produits d'inductance :
  • Inductances à usage général
  • Inductances RF
  • Inductances de puissance
• Types de bobine et de matériaux :
  • Choke (Puissance, RF, Hash, et HF)
  • Moulé
  • Bobiné
  • Bobine RFI
• Plages d'inductance : 1 nH à 680 mH
• Tolérance : 1 % à 20 %
• Plage de courant CC maximum : 2 mA à 188 A
• Plage de résistance CC : 35 µΩ à 1,2 kΩ

Schéma

Source : Free SVGs

Inductances multicouches (Multilayer Chip Inductors)

Source : Wikimedia Commons

Construction

Comme son nom l'indique, les inductances multicouches se composent de plusieurs couches. En tant que tel, ces couches consistent généralement en matériau ferromagnétique sur des matériaux diélectriques céramiques. De plus, les fabricants imprimeront la bobine d'induction sur ces feuilles ferromagnétiques à l'aide d'une pâte métallique.

Une fois que le fabricant place correctement ces couches, les motifs forment une seule bobine. Le fabricant moulera ensuite et enrobera l'ensemble du package. De chaque côté du package MLCI, il y a des bornes de connexion. Néanmoins, nous pouvons également désigner ces types d'inductances simplement comme inductances multicouches.

Utilisations

Leur compacité nous permet d'utiliser les inductances multicouches dans une variété d'applications telles que :

• Objets portables (wearables)
• Appareils Bluetooth
• Appareils mobiles
• Contrôleur de frontière de session (SBC)
• Cartes mères d'ordinateur
• Adaptateurs réseau
• Équipements de communication

Spécifications d'exemple

• Plage d'inductance : 0,3 nH à 470 nH
• Plage de température de fonctionnement : -55 °C à 125 °C+
• Plage de fréquence : 12 MHz à +65 MHz

Schéma

Source : Wikimedia Commons

Autres types notables d'inductances

• Bobines de charge sans fil : Elles consistent en brins de fil de cuivre enroulés autour d'un noyau ferrite. Généralement, nous les utilisons pour charger sans fil les appareils mobiles.
• Inductances à noyau fer en poudre : Ce sont des inductances à noyau ferromagnétique séparées par des entrefers. Ainsi, les matériaux magnétiques dans le noyau encouragent des niveaux élevés de perméabilité électromagnétique.
• Inductance à film mince : Elles utilisent un matériau à base de film mince comme bobine. De plus, elles sont incroyablement petites et légères. Par conséquent, nous pouvons les utiliser dans des applications telles que les convertisseurs DC-DC dans les téléphones mobiles et autres appareils portables. De plus, nous pouvons utiliser ces types d'inductances pour créer un circuit résonant.
• Inductance variable : Inductances réglables qui comportent un noyau magnétique mobile. En conséquence, le noyau magnétique entre et sort de la bobine de l'inductance. Ainsi, cela permet au dispositif de modifier le niveau d'inductance. De plus, nous pouvons également les désigner comme inductances variables à noyau ferrite. Typiquement, l'inductance variable peut varier de 10 µH à 100 mH.

Conclusion

Dans ce guide, nous avons exploré certains des types d'inductances les plus courants. Vous avez peut-être remarqué que le déterminant critique d'un type d'inductance est son noyau. Si vous avez atteint cette partie du guide, vous devriez avoir une compréhension de base de tous les types d'inductances et de la façon dont ils peuvent s'adapter à votre prochain projet. Dans tous les cas, nous espérons que vous avez trouvé ce guide utile. Merci de votre lecture.