Transformateurs à noyau en ferrite : guide complet des bases et applications pratiques

La plupart des transformateurs de puissance électrique ont des enroulements secondaire et primaire comme caractéristiques de base. D'autres fois, il peut y avoir des enroulements tertiaires. En tant que tel, il devrait y avoir une liaison de flux efficace entre les enroulements pour entraîner le transformateur. Par conséquent, il y a l'ajout d'un chemin magnétique à faible réluctance de haute efficacité pour assurer un excellent fonctionnement de la liaison de flux. Le chemin magnétique est ce que nous appelons un noyau.

Maintenant, les noyaux sont de matériaux variés tels que les ferrites, l'acier, le silicium et bien d'autres. Cet article se concentrera uniquement sur les noyaux en ferrite et expliquera les différents types, avantages et applications. De plus, nous pourrons donner d'autres connaissances qui pourraient être importantes pour vous.

1. Qu'est-ce qu'un transformateur à noyau en ferrite ?

Souvent, les noyaux magnétiques en ferrite ont une combinaison de composés de manganèse, zinc, nickel et d'oxydes de fer. Puisque les composés ont une coercivité faible, ils relèvent des ferrites douces. Les types de noyaux en ferrite comprennent le type enveloppe, toroïdal, cylindrique et à noyau fermé.

Les transformateurs à noyau en ferrite ont généralement une demande plus élevée par rapport aux transformateurs à noyau en fer. Les transformateurs en ferrite ont des avantages, notamment la résistance aux courants élevés, de faibles pertes par hystérésis et aucune lamination requise. D'autre part, les transformateurs à noyau en fer nécessitent une lamination pour atteindre un mode de faibles pertes par courants de Foucault. De plus, comme vous ne pouvez pas faire des laminations plus minces, ils ont tendance à être inefficaces pour les hautes fréquences.

2. Types et avantages des transformateurs à noyau en ferrite

Types

La liste ci-dessous comprend les principaux types de transformateur à noyau en ferrite.

Manganèse-Zinc (MnZn)

Outre une perméabilité plus élevée, un MnZn a également un niveau de saturation plus élevé qu'une ferrite nickel-zinc. Par conséquent, ils sont les meilleurs dans les applications ayant une fréquence de fonctionnement inférieure à 5 MHz. De plus, l'impédance du noyau convient aux inductances jusqu'à 70 MHz.

Nickel-Zinc (NiZn)

Par rapport à un MnZn, un NiZn a une résistivité plus élevée. À cause de cela, vous l'utiliserez principalement dans les applications nécessitant une plage de fréquence de 2 MHz à plusieurs centaines de MHz. De plus, son impédance peut servir des inductances qui dépassent 70 MHz. Cependant, un noyau en ferrite NiZn est sensible à la température avec une température de Curie encore plus basse, inférieure à 500 °C.

Poudre de fer (Sand Dust)

La poudre de fer est une bobine d'étouffement haute fréquence que vous pouvez utiliser uniquement avec une ferrite.

Lamination / Amorphe et Nanocristallin

Principalement, vous trouverez la lamination/amorphe et nanocristalline dans des domaines tels que les UPS, les postes à souder et les onduleurs.

Il est également bon de noter que les noyaux en ferrite se présentent sous différentes formes comme suit :

• Noyaux ETD : Premièrement, nous avons les noyaux ETD avec une résistance d'enroulement minimale à leur poteau central. La résistance d'enroulement permet l'optimisation des dimensions pour une efficacité énergétique accrue. De plus, ils conviennent efficacement aux inductances et transformateurs de puissance.
• Noyaux EER : Deuxièmement, il y a les noyaux EER avec une caractéristique de poteau central arrondi. La plupart du temps, le poteau central arrondi permettra une longueur de chemin d'enroulement plus courte par rapport à un poteau central carré.
• Noyaux E, I : Sa caractéristique est un enroulement sur support (bobbin). Et vous pouvez l'assembler facilement. Utilisations des noyaux E, I : transformateurs d'onduleurs, large bande, puissance, convertisseurs, inductances télécom et différentielles.
• Noyaux EFD : Ont une caractéristique de surface de section transversale. À cause de cela, les applications avec plusieurs transformateurs et inductances et les transformateurs compacts peuvent en bénéficier.

Avantages

Certains des avantages d'un transformateur à noyau en ferrite offerts pour la plupart des applications électriques incluent :

1. Premièrement, il est hautement perméable à un aimant. À cause de cela, le transformateur est souvent applicable dans les transformateurs haute fréquence.
2. Ensuite, sa conductivité électrique est faible. Cela assure que le noyau en ferrite ne perd pas de courants de Foucault.
3. Aussi, l'intensité du champ électrique est plus élevée. Cela permet un changement de direction magnétique avec de légères pertes par hystérésis. De plus, il est bon de noter que les noyaux en ferrite durs ont une coercivité moindre que les noyaux en ferrite doux.

D'autres avantages des transformateurs à noyau en ferrite dans l'industrie électrique incluent :

• Un faible facteur d'hystérésis,
• Des valeurs Q élevées,
• Une faible distorsion du signal, et
• Une faible sensibilité CC.

3. Quelles sont les principales applications des transformateurs à noyau en ferrite ?

Un transformateur à noyau en ferrite est dans une large gamme d'applications qui consistent en ce qui suit :

• Convertisseurs CC-CC : Ici, ils diminuent ou augmentent la tension en courant continu.
• Chargeurs mobiles : Évidemment, chaque chargeur de téléphone a un ampérage et une tension particuliers. Donc, les transformateurs à noyau en ferrite aident à monter et descendre la tension selon les exigences.
• Circuits d'électronique de puissance : Tous les circuits d'électronique de puissance à haute fréquence intègrent un transformateur à noyau en ferrite. Par exemple, il y a des onduleurs à onde sinusoïdale pure et des onduleurs d'alimentation à découpage.
• Appareils ménagers : Quelques appareils ménagers qui utilisent le transformateur en ferrite incluent les réfrigérateurs, climatiseurs, machines à laver et téléviseurs. De plus, le transformateur aide à la suppression du niveau de bruit dans la filtration EMI pendant leur fonctionnement.
• Onduleurs CC sans balais : Les transformateurs en ferrite convertissent un CA en CC ou CA en CA dans les circuits d'onduleurs CC sans balais.
• Panneaux solaires : De plus, dans les panneaux solaires et les batteries, les transformateurs augmentent la basse tension CC.
• Véhicules électriques : Les moteurs et chargeurs de véhicules électriques utilisent un transformateur à noyau en ferrite.
• Éclairage : Enfin, les transformateurs en ferrite agissent comme transformateurs de driver et fournissent la tension requise dans les segments LED.

4. Comment calculer les transformateurs à noyau en ferrite

Premièrement, ayez tous les paramètres requis en place. Notre conception ici est une topologie push-pull à prise centrale. Calcul des spires primaires : 3 est le nombre de spires primaires.

• Calculer les spires secondaires ; La valeur de crête secondaire est constante à 310 V. Elle aide à maintenir une tension de fonctionnement de 13 V à 10,5 V (la plus basse). Une addition de 20 V aux 310 V donne 330 V, ce qui est suffisant pour une tension de crête de sortie maximale.
• Déterminer la tension secondaire maximale pour le contrôle de rétroaction PWM ; Le PWM est à 98 % du cycle de service total. Donc, lorsque la batterie est à 10,5 V, 310 V au secondaire, nous utilisons le calcul : 98 % × 10,5 V = 10,29 V. La tension secondaire maximale finale est à 330 V tandis que la tension primaire est 10,29 V.
• Trouver le rapport de spires primaire-secondaire ; Le rapport est 330:10,29 = 32,1
• Calculer le nombre de spires secondaires se trouve en multipliant les spires primaires (3) et le rapport des tensions nominales (32,1). Maintenant, 32,1 × 3 = 96,3 arrondi à 96.
• Calculer le nombre de spires auxiliaires

Vous aurez besoin de l'enroulement auxiliaire pour une implémentation externe. La formule est la suivante : (formule détaillée dans l'article original).

5. Comment concevoir des transformateurs en ferrite de diverses topologies

Différentes applications et types de noyaux ont des noms et des topologies variables basés sur la conception du circuit. Certaines topologies incluent flyback, push-pull, demi-pont et type enveloppe. Néanmoins, lors de la conception de tout transformateur en ferrite avec toute forme de topologie, considérez la forme, le coût unitaire, la température optimale, la taille et la fréquence. Les points mentionnés devraient maintenir le transformateur en minimisant les pertes du noyau, en fournissant une isolation électrique et en empêchant la saturation du noyau.

La fréquence de fonctionnement et la taille des transformateurs en ferrite dépendent de deux applications principales : puissance et signal.

• Applications de signal : le transformateur en ferrite ici a une fréquence élevée allant sur une échelle de méga-Hertz et est de petite taille.
• Applications de puissance : contrairement aux applications de signal, les transformateurs ici sont grands et de basses fréquences (plage – 1 kHz à 200 kHz)

Étapes

• Avant de commencer votre processus de conception de transformateur, assurez-vous que vos exigences correspondent à l'application souhaitée. Les exigences du projet peuvent inclure le niveau de courant, la tension de sortie, les fréquences de fonctionnement et la tension d'entrée.
• Deuxièmement, vérifiez d'autres paramètres, y compris la température de fonctionnement, le style de montage, l'isolation, l'espacement, les courants de fuite et la taille.
• Ensuite, passez à la sélection du noyau. Vous aurez besoin de supports (bobbins) pour adapter le noyau de votre choix, et ils aident aussi au montage de votre produit une fois terminé.
• Quatrièmement, en utilisant les formules sous le sous-titre « comment calculer les transformateurs à noyau en ferrite », calculez les pertes de puissance, le nombre de spires. Aussi, vous pouvez calculer d'autres paramètres nécessaires.
• Ensuite, vous devez déterminer la taille du fil et le courant d'enroulement primaire. La formule est : Courant primaire = puissance de sortie totale + pertes de puissance du transformateur divisé par la tension primaire.
• Après, déterminez le nombre de spires dont l'enroulement secondaire a besoin. Ici, vous vérifierez les fils de votre dessin mécanique. Ensuite, assurez-vous qu'ils s'adaptent dans la zone d'enroulement dans la longueur moyenne des spires, la hauteur et le support. De plus, ajoutez une certaine isolation entre les enroulements mais considérez aussi la hauteur totale d'enroulement.
• En outre, mesurez la tension sous charge et à vide aux bornes de l'enroulement secondaire pour vérifier votre conception. À nouveau, utilisez les formules du sous-titre quatre pour calculer la résistance de chaque enroulement. Calculez aussi la chute de tension sur le même enroulement. Chute de tension = courant × résistance.
• Enfin, terminez en calculant la température requise. L'élévation de température dans les transformateurs en ferrite résulte des pertes de puissance d'enroulement et des pertes de puissance du noyau. Selon votre application, le calcul devrait déterminer une température acceptable.

6. Quelle est la différence entre un transformateur à noyau en ferrite et un transformateur simple ?

Le tableau ci-dessous résume les différences entre un transformateur simple et un transformateur à noyau en ferrite.

Conclusion

En somme, les transformateurs à noyau en ferrite sont la meilleure option lorsqu'on considère les applications haute fréquence car ils ont une performance efficace. Les transformateurs ont une perméabilité magnétique élevée, une coercivité élevée et ils conduisent une faible puissance électrique. Les applications haute fréquence incluent l'alimentation à découpage, les filtres de bruit, les inductances RF (radiofréquence), transformateurs, etc.

Nous offrons encore des conseils sur la façon d'utiliser ces transformateurs ou d'acheter le bon. Si vous êtes intéressé, vous pouvez nous contacter, et nous serons heureux de vous aider.