Ferrites doux pour l'électronique de puissance

Les ferrites sont des oxydes magnétiques présentant un magnétisme particulier appelé ferrimagnétisme. Louis Néel, prix Nobel de Physique en 1970, a largement contribué à l’explication et à la compréhension de leurs propriétés.

Il existe deux grandes familles de ferrites industriels : les ferrites doux et les ferrites durs que l’on trouve essentiellement à l’état polycristallin, sous forme de céramique massive. Cette appellation tire son origine des premiers aimants techniques qui étaient fabriqués à partir d’aciers au début du XX ^e siècle. En effet, le fer métallique, lorsqu’il contient des impuretés, comme par exemple des inclusions de carbone, présente à la fois un champ coercitif élevé et une dureté mécanique importante ; lorsqu’il est pur, son champ coercitif est faible et sa dureté mécanique diminue (matériau doux, traduction de l’anglais « soft material »).

Les ferrites durs sont donc employés comme aimants permanents (cf. article [1] des TI). Les ferrites doux sont utilisés comme noyaux magnétiques faibles pertes pour la réalisation de transformateurs et d’inductances en électronique de puissance. Leur résistivité électrique élevée (> 1 Ω · m) et leur faible coût de fabrication sont à l’origine des nombreuses applications industrielles de ces matériaux. Leur polarisation magnétique à saturation J _s est inférieure à 0,60 T donc plus faible que celle des métaux tels que le fer ou le cobalt. Les champs coercitifs les plus faibles sont proches de 10 A/m, donc 10 fois plus grands que les alliages métalliques les plus doux. Malgré cela, leurs performances à fréquence élevée (f > 100 kHz) sont nettement supérieures à celles de tous les autres matériaux magnétiques.

Les ferrites doux regroupent trois familles de matériaux :

• La 1^re famille est celle des ferrites spinelles de manganèse-zinc (Mn-Zn) utilisés pour des fréquences allant de 10 kHz à 1 MHz. Ces matériaux sont principalement utilisés dans les domaines de la conversion d’énergie ou le traitement du signal. Leur résistivité électrique vaut typiquement 1 Ω · m.

• La 2^e famille est celle des ferrites spinelles de nickel-zinc et de nickel- zinc-cuivre utilisés entre 1 et 500 MHz . Leur résistivité électrique peut atteindre 10 ⁸ Ω · m. Comme les ferrites Mn-Zn, ils sont utilisés pour la réalisation de transformateurs ou d’inductances.

• Enfin, la 3^e famille est celle des ferrites dits « hyperfréquences » ( 0,1 à 100 GHz). On trouve dans ce groupe des ferrites de type spinelle et de type grenat. Ils sont utilisés...