Dans la conception des appareils électroniques, les inductances servent de « régulateurs de courant » sophistiqués, lissant les fluctuations électriques grâce au stockage et à la libération d'énergie. Le noyau magnétique souvent négligé au sein de ces composants joue un rôle essentiel dans la détermination des caractéristiques de performance. La sélection de matériaux et de géométries de noyau appropriés a un impact direct sur l'efficacité, la taille, le coût et la fiabilité dans diverses applications.

En tant que dispositifs de filtrage de courant, les inductances fonctionnent principalement pour supprimer les changements de courant brusques. Pendant les pics de courant alternatif, elles stockent de l'énergie, la libérant ensuite lorsque le courant diminue. Les inductances de puissance à haut rendement nécessitent généralement des entrefer dans leurs structures de noyau, servant à deux fins : le stockage d'énergie et la prévention de la saturation du noyau dans des conditions de charge.

Les entrefer réduisent et contrôlent efficacement la perméabilité (μ) de la structure magnétique. Étant donné que μ = B/H (où B représente la densité de flux et H représente l'intensité du champ magnétique), des valeurs de μ plus faibles permettent de supporter une plus grande intensité de champ avant d'atteindre la densité de flux de saturation (Bsat). Les matériaux magnétiques doux commerciaux maintiennent généralement des valeurs de Bsat comprises entre 0,3 T et 1,8 T.

Entrefer distribués : Illustrée par les noyaux en poudre, cette approche isole les particules d'alliage magnétique grâce à des liants ou des revêtements à haute température à des niveaux microscopiques. Les entrefer distribués éliminent les inconvénients rencontrés dans les structures à entrefer discrets, notamment la saturation brutale, les pertes marginales et les interférences électromagnétiques (EMI), tout en permettant des pertes par courants de Foucault contrôlées pour les applications à haute fréquence.

Entrefer discrets : Couramment utilisée dans les noyaux en ferrite, cette configuration bénéficie de la résistivité élevée des matériaux céramiques, ce qui se traduit par de faibles pertes de noyau en courant alternatif à haute fréquence. Cependant, les ferrites présentent des valeurs de Bsat plus faibles qui diminuent considérablement avec l'augmentation de la température. Les entrefer discrets peuvent provoquer des baisses de performance brutales aux points de saturation et générer des pertes par courants de Foucault dues aux effets de bord.

Noyaux MPP : Composés de poudre d'alliage nickel-fer-molybdène, ces tores à entrefer distribués offrent les deuxièmes pertes de noyau les plus faibles parmi les matériaux en poudre. Leur teneur en nickel de 80 % et leur traitement complexe se traduisent par des prix premium.

Noyaux High Flux : Les noyaux en poudre d'alliage nickel-fer démontrent des niveaux de Bsat supérieurs, offrant une stabilité d'inductance exceptionnelle sous une polarisation CC élevée ou des courants CA de pointe. Leur teneur en nickel de 50 % les rend 5 à 25 % plus économiques que les MPP.

Série Kool Mμ : Les noyaux en alliage fer-silicium-aluminium offrent des performances de polarisation CC similaires à celles des MPP sans la prime de coût du nickel. La variante Ultra atteint les pertes de noyau les plus faibles, se rapprochant des performances des ferrites tout en conservant les avantages des noyaux en poudre.

Série XFlux : Les noyaux en alliage fer-silicium offrent des performances de polarisation CC supérieures à celles de High Flux à un coût réduit. La version Ultra maintient une saturation équivalente tout en réduisant les pertes de noyau de 20 %.

Les applications d'inductance se répartissent généralement en trois catégories, chacune présentant des défis de conception distincts :

1. Petites inductances CC avec des courants d'ondulation CA mineurs (conceptions limitées par la fenêtre)
2. Grandes inductances CC (conceptions limitées par la saturation)
3. Inductances à forte composante CA (conceptions limitées par les pertes de noyau)

Pour une application de courant CC de 500 mA nécessitant une inductance de 100 μH, les tores MPP permettent d'obtenir les conceptions les plus compactes grâce à une perméabilité plus élevée (300 μ). Les alternatives Kool Mμ offrent des avantages de coût importants malgré des empreintes plus grandes.

Dans les scénarios de courant CC de 20 A, les noyaux High Flux démontrent des performances thermiques optimales en raison des valeurs de Bsat élevées permettant de réduire le nombre de spires et les pertes de cuivre. Les géométries de noyau en E utilisant les matériaux Kool Mμ présentent des alternatives viables avec des conceptions à profil plus bas.

Pour les applications avec des courants d'ondulation CA crête à crête de 8 A, les caractéristiques de perte supérieures des matériaux MPP permettent d'obtenir des inductances plus petites et plus efficaces. Les noyaux High Flux nécessitent des sélections de perméabilité plus faibles pour contrôler les pertes de noyau, tandis que les noyaux en E Kool Mμ équilibrent le coût et les performances.

Le matériau de noyau optimal dépend des contraintes spécifiques à l'application, notamment les exigences spatiales, les objectifs d'efficacité, les besoins en gestion thermique et les considérations de coût. MPP excelle dans les applications à faibles pertes, High Flux domine les scénarios à polarisation élevée et à espace limité, tandis que la série Kool Mμ offre des alternatives rentables dans plusieurs géométries.