1 CEM, La compatibilité électromagnétique des dispositifs
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CEM, La compatibilité électromagnétique des dispositifs électroniques Jean-Luc Levant Senior Expert CE Membre de l‘Union Technique de Normalisation F4GSC Introduction Objectif du séminaire n Démystifier ce qu‛est la compatibilité électromagnétique (CEM). n Comprendre les mécanismes intervenant dans les problèmes de Compatibilité électromagnétique. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 2 1 Sommaire Introduction n Introduction à la CEM. n La CEM des systèmes et équipements. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 3 Introduction Introduction à la CEM • Propriétés des systèmes électriques et électroniques • Ces champs sont ils dangeureux? • Définition de la compatibilité électromagnétique • Emmissivité et Immunité • La CEM s’applique à tous les systèmes électroniques • La trilogie de la CEM • La marge de sécurité en CEM • Notions de norme ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 4 2 Propriétés des systèmes électriques etélectroniques Introduction n Tout système électrique/électronique pour fonctionner nécessite une source de tension continue ou alternative: VA § La source de tension crée une DDP (VA-VB) et un champ électrique E entre les deux potentiels (Faraday). VB æ V ö VA - VB Eç ÷ = d èmø § La circulation d‛un courant de conduction i crée une excitation magnétique H (Amper). i d H æAö i Hç ÷ = è m ø 2pd H § Les champs E et H forment une onde électromagnétique (onde plane) qui se propage dans l‛espace libre (Maxwell). P E § Tout système électrique alimenté génère des champs électriques, magnétiques et électromagnétiques. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Introduction 5 Environnement électromagnétique commun n Tout dispositif cohabite dans un environnement électromagnétique commun à espace habité par des champs/ondes électromagnétiques. n Tout dispositif émet et reçoive des champs électromagnétiques. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 6 3 Cours de CEM - Rappels d‛électronique Champ Proche et champ lointain Rappels d‛électronique n Les lois de propagation des perturbations varient en fonction que l‛on se trouve loin ou proche de la source d‛émission. Critère de Fresnel Champ PROCHE l 2p Champ LOINTAIN d Le champ E ou H domine en fonction de l‛impédance de l‛antenne. Zant > 377ohms l 2p d> ~ d< d= Zant < 377ohms Faraday,Coulomb,Amper,Lorentz,… l 2p Les champs E ou H sont couplés à 90°C et l‛impédance est de 377ohms. Zant = 377ohms Maxwell,Hertz,Marconi, ,… ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 2 1 Champ Proche et champ lointain Rappels d‛électronique n Les lois de propagation des perturbations varient en fonction que l‛on se trouve loin ou proche de la source d‛émission. § Les champs E et H évoluent différemment. Zône de Fresnel ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 3 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Champ magnétique § Tout conducteur parcouru par un courant variable I dans le temps génère un champ magnétique variable B. § Le sens du champ magnétique est donnée par la règle du tire bouchon ou de la main droite. I I B B I B § Du point de vue de la CEM - B est la perturbation. Fil, boucle, … sont des antennes. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 4 2 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Champ magnétique § Champs émis par une boucle - Une boucle possède 3 composantes de champ: champ magnétique radial et tangentiel, champ électrique. - L‛expression de ces champs dépend de l‛angle par rapport l‛axe z. - L‛expression ci-dessous sont données pour une boucle fermée. Hr Hr = Ej Hq Ej = Hq = i×A 2p × D3 × cos q Hr = i × A × 377 2 × D2 l i×A 3 4p × D × sin q i×S 2 p × D3 Ej = 0 Hq = 0 × sin q q = 90° q = 0° Hr = 0 Ej = i × S × 377 Hq = 2 × D2 l i×S 4 p × D3 Ej Hq ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 5 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Force Electromotrice Induite § Un flux d‛induction magnétique traversant une boucle ouverte induit une force électromotrice (FEM) (Faraday): e= dF dt e= dF dt F = B×S ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 6 3 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Force Electromotrice Induite § Un flux d‛induction magnétique F traversant une boucle fermé induit une FEM (Faraday) § Cette FEM induit un courant qui génère à son tour un flux d‛induction magnétique F1 qui tend à s‛opposer au flux d‛induction F qui l‛a créé (Lenz). e1 = - dF1 dt § La fem résultante est la somme des deux fem: E =e +e1 i e1 = - dF1 dt F1 = B1× S e1 Convention générateur ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 7 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Force Electromotrice Induite § Du point de vue de la CEM - Toute boucle placée à coté de cette boucle émettrice reçoit par induction magnétique: - une tension perturbatrice induite pour une boucle ouverte - un courant pertrubateur induit pour une boucle fermée. Circuit fermé générateur Circuit ouvert générateur I2 E = e + e1 C1: circuit inducteur e= dF dt e: fem induite dans C2 I: courant inducteur C2: circuit induit I2: courant induit dans C2 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 8 4 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Force Electromotrice Induite § Du point de la CEM - B est la perturbation extérieure, S est le dispositif de couplage , e est la tension de perturbation induite. - B peut provenir d‛une source lointaine ou proche. perturbation défaut e=- dF dt La perturbation induite se supperpose au signal utile Ve. Le seuil logique de la porte P2 est violé et sa sortie Vs oscille. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 9 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Auto-induction § Inductance propre - Le champ magnétique, créé par le courant i et passant d‛un conducteur, génère un flux d‛induction magnétique ij qui entoure le conducteur. - Le coefficient de proportionnalité entre L(H) = le flux ij et le courant i définit l‛inductance propre. F ( Weber ) i(A) i - L‛inductance s‛oppose à l‛établissement du courant (Lentz). U U=L× di dt Convention récepteur ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 10 5 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Auto-induction § Du point de la CEM - L‛inductance est le dispositif de couplage et DV la perturbation. - Les variations rapides de courant occasionnent des variations de tension et donc des perturbations propagées en mode conduit. - Seuil de déclenchement Haut de P2 Vih1 = 0.8 × 3v = 2.24v i - Niveau logique de l‛entrée P2 Vin1 = 3v Pendant la transition positive défaut perturbation -Variation de tension aux bornes de la connexion: DV = +1.5v - Nouveau seuil Vih1 : Vih1 = 0.8 × ( 3v + 1.5v ) = 3.6v - Défaut de fonctionnement Vin1 < Vih1 - - > Vs1 = 3v ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 11 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Induction magnétique (Diaphonie magnétique) § Deux conducteurs proches l‛une de l‛autre s‛influencent: - Les lignes de champs magnétiques du conducteur C1 entourent C2 et vis et versa, - Le flux d‛induction magnétique vu par Cn est la somme su flux d‛auto-induction et du flux induit par l‛autre conducteur, - L‛inductance équivalente est donc la somme de l‛inductance propre et de l‛inductance mutuelle. L1,L2: Inductance propre FT = F1 ± F12 F1 F12 LT = ± i1 i2 C1 L1 LM1 L2 LM2 C2 LM1,LM2: Inductance mutuelle ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 12 6 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Induction magnétique (Diaphonie magnétique) § Deux conducteurs et donc deux inductances proches l‛une de l‛autre sont couplées par leur champ magnétique d‛où la présence d‛une inductance mutuelle. v1(t) = L1 × v1(t) = L1 × di1 dF dt dt v2(t) = L2 × F1 di1 di1 di1 -M× = L1 - M × dt dt dt ( ) v2(t) = L2 × di2 dF dt dt di1 di1 di1 -M× = L2 - M × dt dt dt ( ) F2 F = F1 = F2 F = - M × i1 = - M × i2 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 13 Electromagnétisme Rappels d‛électronique n Induction magnétique (Diaphonie magnétique) § Du point de vue CEM - dV est la perturbation induite par l‛inductance mutuelle M. - Deux signaux indépendants se trouvent être couplés par la présence du couplage magnétique entre deux pistes à Diaphonie magnétique. Vs4 3v M défaut Vih dv = M × dIp dt t Vs3 perturbation dv Vs1 t 3v t dV provoque une remontée de Vs3: Vs3 > Vih à Vs4 bascule ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 14 7 Electrostatique Rappels d‛électronique n Induction capacitive (diaphonie capacitive) § Toute capacité exposée à un champ électrique est parcourue par un courant de déplacement. dV Connexions(1) Rg C12 Epoxy C1 Dv C12 ic C1 V C2 Rv Du C2 Câble coupable Plan cuivré ic = C × Câble victime dV dt (1)Pistes,fils,câbles,… ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 15 Electrostatique Rappels d‛électronique n Induction capacitive (diaphonie capacitive) § Du point vue de la CEM - dV est la perturbation, ic est le courant induit, C une capacité parasite de couplage. - Deux signaux indépendants se trouvent être couplés par la présence du couplage capacitif entre deux pistes àDiaphonie capacitive. Vs3 3v défaut t Vs2 Vih perturbation t Vs1 3v t ic provoque une remontée de Vs2: Vs2 > Vih à Vs3 bascule ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 16 8 Electrostatique Rappels d‛électronique n Force électromotrice induite par le champ E ou Couplage champ à fil § Un conducteur exposé à un champ E induit une force électromotrice. § E peut être peut provenir d‛une lointaine ou proche E i L£ l 4 L³ l 2 i(mA) £ L2 × FMHz ×E 120 i(mA) £ 1.25 ×E FMHz ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Rappels d‛électronique 17 Electrostatique n Force électromotrice induite par le champ E ou Couplage champ à fil § Du point de vue de la CEM défaut Re1 RS1 perturbation La perturbation induite se supperpose au signal utile Vs2. Le seuil logique de la porte P2 est violé et sa sortie Vs3 oscille. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 18 9 Caractéristiques des signaux Rappels d‛électronique n Signaux Périodiques / Non périodiques n Vitesse de propagation, longueur d‛onde et fréquence n Passage du domaine temporel au domaine fréquentiel ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Rappels d‛électronique 19 Caractéristiques des signaux n Signaux Périodiques § Décomposition en série de Fourier -> Signaux à “bande étroite”. § Signaux composés d‛un ensemble de fréquences pures (fondamentales et/ou harmoniques). Cn = +T 1 ´ ò x ( t ) ´ e - jnȦ0 t T -T ¥ x ( t) = åCn ´ ijn (t) 0 x ( t) = C0 × ij0 (t) + C1 × ij1(t) + ... fondamentale Harmonique de rang 1 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 20 10 Caractéristiques des signaux Rappels d‛électronique n Signaux Non Périodiques § Spectre comportant une infinité de fréquences -> signaux à “bande large”. +¥ X(jȦ) = ò x ( t) × e-jȦt × dt -¥ ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 21 Caractéristiques des signaux Rappels d‛électronique n Exemple de signal réel § Spectre comportant périodiques. à la fois des signaux périodiques et ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 non 22 11 Caractéristiques des signaux Rappels d‛électronique n Vitesse de propagation, longueur d‛onde et fréquence Dans le vide v 0 (m / s) = 300e 6 Ȝ0 = Dans un matériau quelconque v0 f v (m / s ) = Ȝ (m ) = Avec : v0 İr v Ȝ0 = İr f er,constante diélectrique du matériau Exemple pour le circuit imprimé et pour f=100MHz e r l= l0 = 3m = 4 .9 l0 = 1.35m 4.9 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 23 Domaine temps et fréquence Rappels d‛électronique n La réalité d‛un signal électrique § Bande passante utile d‛un signal trapézoïdal æ Tr ö I0 = 20 × log10 ç2 × IMax × ÷ Tø è FC1 = 0.35 Tr i(t) -40dB/decade Imax Développement en série de Fourrier t Tr T Exemple: TW=5ns, TR=1ns FC1=70MHz, FC2=350MHz ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 24 12 Domaine temps et fréquence Rappels d‛électronique n La réalité d‛un signal électrique § Enveloppe spectrale utile d‛un signal trapézoïdal æ Tw ö E0 = 20 × log10 ç2 × EMax × ÷ T ø è E (t) FC1 = EMax Tw FC2 = -20dB/decade 0.35 Tw -40dB/decade 0.35 Tr Développement en série de Fourrier t Tr T Exemple: TW=40ns, TR=10ns FC1=8.75MHz, FC2=35MHz ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 25 13 Cours de CEM - Modélisation des composants passifs Origine des éléments parasites Modélisation des composants passifs n Lois physiques de l‛électricité et de l‛électromagnétisme § Les composants passifs possèdent des éléments parasites qui limitent leurs utilisations. § Ils sont dus aux lois physiques électriques et à leur technologie de construction. D‛où viennent ils? i L R !" 8.85pF "#r " S h Electrodes ! S i L i i VL vL = L × C Dielectric i Effets parasites L S VR VR di dt VR R "i iC C" dvc dt ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 2 1 Condensateur réel Modélisation des composants passifs n Les éléments parasites d‛un condensateur (L et R) § Exemple: Z(f) d‛une capacité réelle. Capacité Cic1 6.9nF FESR = Inductance 1 2 × /ic1 × &ic1 Ric1 0.6 Lic1 3.7nH ESL: Equivalent Series Inductance ESR : Equivalent Series Resistance ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 3 Condensateur réel Modélisation des composants passifs n Les éléments parasites d‛un condensateur (L et R) § Exemples - Où sont les éléments parasites? Structure Interne Plates Dielectric Pads ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 4 2 Condensateur réel Modélisation des composants passifs n Les éléments parasites d‛un condensateur (L et R) § Choix du boîtier - L‛ESL produit une impédance nuisible dans les découplages. - Plus L‛ESL est petite et mieux c‛est. Plus large moins inductif ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Modélisation des composants passifs 5 Inductance/Résistance Réelle n Exemples de modèles pour une inductance et une résistance Inductance Résistance ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 6 3 Résistance Réelle Modélisation des composants passifs n Exemples de modèles pour une inductance et une résistance § Résistances UHF et SHf - “Flip” et “Wrap around” résistance Wrap around resistance R L C Flip resistance C R C ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 7 Effet de peau Modélisation des composants passifs n La loi d‛Ohm § En Basse Fréquence, la résistance est - Inversement proportionnelle à la surface de la section du conducteur, - Dépend du matériau R (W )= U L = r × I S Matériau r(W.m) Cuivre Aluminium Or Argent Tungstène 1.7 x 10-8 2.7 x 10-8 2.2 x 10-8 1.6 x 10-8 5.5 x 10-8 § En moyenne fréquence, effet de peau (f> quelques 10KHz) - La section du conducteur varie en fonction de la racine carrée de la fréquence. - Le courant tend à se propager à la surface du conducteur, « effet de peau ». - La section efficace diminue et la résistance augmente. r d= m0 × p × f Matériau 1KHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz Cuivre (µm) 2100 66 21 6.6 2.1 0.66 Aluminium (µm) 2700 85 27 8.5 2.7 0.85 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 8 4 Effet de peau Modélisation des composants passifs n Loi d‛Ohm § Effet de peau - Exemple pour une piste circuit imprimée: - L‛effet de peau augmente la résistance du conducteur et apporte un déphasage. R H F ( f ) = R D C + R A C × (1 + j × R A C ( W ) = Piste Circuit Imprimée: L=10cm, W=1mm, T=36µm r × f) L d × W Avec: RDC =Résistance en continu, RAC = Résistance en haute fréquence W(m) = largeur de la piste, L (m) = longueur de la piste d (m) = épaisseur de peau à la fréquence f La résistance est 47m en basse fréquence (RDC). Elle est de 2.5 à 100KHz. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Modélisation des composants passifs 9 Effet de peau n Inductance § La valeur de l‛inductance varie avec l‛effet de peau (~20% plus faible en haute fréquence). A 10KHz L=100nH A 100MHz L=78nH ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 10 5 Résistance Réelle Modélisation des composants passifs n Modèle d‛une piste de Circuit imprimé § Les pistes de circuits imprimés (PCB) § En première approximation une piste circuit imprimé peut être représentée à partir d‛une impédance série de type Résistance/Inductance. L Pour le cuivre L RPCB ( mW ) = 0.5 × W L RFil ( m W ) = 17 × S W Lind R LPcb/Fil=10nH/cm Zcond = R + j × Lw Exemple: Pour une piste PCB de 10cm long et de 1mm de large, RPCB?LPCB? RPCB = 50W LPCB = 100nH ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 11 Résistance Réelle Modélisation des composants passifs n Les pistes de circuits imprimés (PCB) § Représenter rapidement le profil d‛impédance d‛une piste PCB. R PCB = 5 0 W |ZPCB| 10 x RPCB RPCB d +2 0 B/d ec LPCB = 100nH FC = F(Hz) FC Exemple : FC pour l’exemple précédent 1 L 2p × P C B R PCB 10 x FC FC = 1 = 80MHz 100nH 2p × 50 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 12 6 Inductance Réelle Modélisation des composants passifs n Modèle d‛un conducteur cylindrique loin de toute masse métallique § La capacité d‛un câble isolé est faible et ignorée. L r é æ Lö ù L11(H) = (2×10-7 × êlnç 4 × ÷ - 0.75ú × L ë è dø û R11(W) = r × L S S(m²), surface du conducteur. d D(m) , diamètre du conducteur. Modèle L(m) , longueur du conducteur. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 13 Inductance Réelle Modélisation des composants passifs n Modèle d‛un conducteur cylindrique au-dessus d‛un plan de masse. C11(pF) = L 2×p× 8.85 2×p× 8.85 ×L @ ×L æ Hö æ Hö cosh-1 ç 2× ÷ lnç 2× ÷ è Rø è Rø æ 4 ×H ö L11(H) = 2 × 10 -7 × ln ç ÷×L è d ø L R11(W) = r × S R H R1 1 Modèle H(m), hauteur du conducteur par rapport au plan de masse R(m), rayon du conducteur C1 1 L1 1 L(m), longueur du conducteur d(m), diamètre du conducteur ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 14 7 Modélisation des composants passifs Inductance Réelle n Modèle de deux conducteurs cylindriques séparés par une distance D audessus d‛un plan de masse. § Rappels sur le couplage magnétique entre deux inductances proches. F1 F2 V1(t) = L1 × di2 di1 di1 di2 v2(t) = L2 × ±M× ±M× dt dt dt dt ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Modélisation des composants passifs 15 Inductance Réelle n Modèle de deux conducteurs cylindriques séparés par une distance D audessus d‛un plan de masse. § L11 et C11 pour chacun des fils séparés auxquels sont rajoutés une inductance et capacité mutuelle. Modèle C12(pF) = 27.8 × é æ 2 × h ö2 ù ln ê1 + ç ÷ ú ëê è D ø ûú é æ 4 × h öù ê ln ç D ÷ ú øû ë è 2 ×L 2 æ æ2 ×h ö ö L12(H) = 10 -7 × ln ç 1 + ç ÷ ÷×L ç è D ø ÷ø è D(m), distance entre les deux conducteurs. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 16 8 Modélisation des composants passifs Inductance Réelle n Modèle de deux conducteurs cylindriques séparés par une distance D audessus d‛un plan de masse. § Exemple pour 2 hauteurs différentes - L=1m, d=3mm, D=5cm H=0.5cm H=1cm L11=518nH , R11=2.4m, C11=46.2pF, L12=14.8nH, C12=0.61pF L11=379nH, R11=2.4m, C11=109pF, L12=4nH , C12=0.3pF ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Modélisation des composants passifs 17 Inductance Réelle n Modèle de deux conducteurs cylindriques séparés par une distance D. § Inductance équivalente de la boucle de mode différentiel. - Deux conducteurs sont parcourus par un courant i1 pour l‛un et i2 pour l‛autre. I1 et i2 sont de même amplitude mais de phase opposé. Si les conducteurs sont égaux L12 1 L12 i1 Lboucle=2*(L11x-L12x) i2 L12 L12 2 L11 L11 1 r L11 L112 L1eq = L111 - L121 L2eq = L112 - L122 Exemple: L11=518nH, L12=14.8µH Coefficient de couplage magnétique k= L12x L111 × L112 Lboucle=1µH ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 18 9 Modélisation des composants passifs Inductance Réelle n Modèle de deux conducteurs cylindriques séparés par une distance D. § Inductance équivalente de la boucle de mode commun. - Les courants i1 et i2 sont de même amplitude et en phase. Si les conducteurs ont les mêmes dimensions L12 L12 1 i1 L1 11 = L1 12 L111 L11 i2 L12 L122 L1 2 1 = L1 2 2 L 11 + L 12 2 L11 LBoucle = × (1 + k ) 2 LBoucle = r L11 L112 Lboucle=0.51µH Exemple : L11=518µH, L12=14.8nH ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Modélisation des composants passifs 19 Capacité n Modèle de capacité de deux plans conducteurs: § Deux plans conducteurs et séparés par un isolant constituent une capacité plan. § L‛inductance des plans sont négligées. C(F) = S e 0 × er × S H e0, permittivité du vide, 8.85pF H er er, permittivité du matériau, ex 4.5 pour l’époxy. S(m²), surface des plans H(m), hauteur entre les deux plans. Exemple: Deux plans de 10cm x 10cm Séparés par une épaisseur d’air de 10cm. C=0.0885pF. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 20 10 Les acteurs de la CEM Cours de CEM - Les acteurs de la CEM ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 1 Sources de perturbation n Deux types de sources § intentionnelles (humaines) § non intentionnelles (naturelles) ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 2 1 Les acteurs de la CEM Sources de perturbation n Sources intentionnelles (humaines) § Communications, § Activités Industrielles, § Informatique, § etc… CPL Ecran Plasma ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 3 Sources de perturbation n Sources intentionnelles (humaines) § Exemple - Fermeture d‛un contact électrique ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 4 2 Les acteurs de la CEM Sources de perturbation n Sources intentionnelles (humaines) § Exemple - Lampe fluorescente ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 5 Sources de perturbation n Sources intentionnelles (humaines) § Répartition spectrale des perturbations ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 6 3 Les acteurs de la CEM Sources de perturbation n Sources non intentionnelles (naturelles) § Les éruptions du soleil § ESD (Décharge Electrostatique) § Quasar § Foudre § Champ magnétostatique terrestre ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 7 Sources de perturbation n Sources non intentionnelles (naturelles) § ESD ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 8 4 Sources de perturbation Les acteurs de la CEM n Sources non intentionnelles (naturelles) § ESD - Charge électrique triboélectrique. accumulée en fonction du matériaux par effet ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 9 Sources de perturbation Les acteurs de la CEM n Sources non intentionnelles (naturelles) § Foudre Tension d’amorçage:10KVolts Ipic 10KA-> 100KA ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 10 5 Sources de perturbation Les acteurs de la CEM n Sources non intentionnelles (naturelles) § Foudre - Caractéristiques de l‛impulsion foudre Ipic 10à 100KA tr=2µs, tm=75µs T à 5 à 10ms - Effets électriques instantanés de la foudre: - Elévation des potentiels le long des structures verticales. - Elévation des potentiels autour du point d‛impact (terre). - Rayonnement d‛un fort champ électromagnétique. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 11 Sources de perturbation n Sources non intentionnelles (naturelles) § Foudre - Elévation des potentiels autour du point d‛impact: æ 1 1ö U(V) = 0.16 × I × r× ç - ÷ è D2 D1ø I (A) : Courant foudre au point d‛impact. D2,D1 (m) : Distances par rapport au point d‛impact foudre. r( W× m) : Résistivité moyenne du sol. ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 12 6 Sources de perturbation Les acteurs de la CEM n Sources non intentionnelles (naturelles) § Foudre - Elévation des potentiels autour du point d‛impact: r( W× m) = 1000 Ipic =100KA æ 1 1 ö U = 0.16 × 100kA × 1000 × ç ÷ = 320v è 100 102 ø Courant de foudre IF Ipic Ipic=100KA U=320v 100m 102m ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 13 Sources de perturbation Les acteurs de la CEM n Sources non intentionnelles (naturelles) § Foudre - Rayonnement d‛un champ électromagnétique e=- H= df dB dH = × S = -m0 × ×S dt dt dt i 2pD e = -4p × 10 -7 × 105 1 × = -15KVolts 10-6 2p × 400 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 14 7 Les acteurs de la CEM Sources de perturbation n Les sources de perturbation § Autres classements - Sources permanentes (fréquence fixe) Emetteurs radio, Radars Bruit des moteurs électriques Ordinateurs,écrans,… Redresseurs, alimentation à découpage,.. - Sources Impulsionnelles (durée courte) La foudre IEMN (Impulsion electromagnétqique Nucléaire) Défauts dans les lignes d‛énergie Décharge électrostatique … ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 15 Sources de perturbation n Les sources de perturbation § Autres classements - Sources impulsionnelles/transitoires - Perturbations du réseau basse tension ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 16 8 Les acteurs de la CEM Sources de perturbation n Modes de Propagation § Deux types : Conduction ou par rayonnement(1). § Ces deux modes spécifient comment les perturbations sont transportées depuis la source de perturbation vers la victime. (1) En réalité les deux se combinent ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 17 Sources de perturbation n Modes de Propagation § Conduction - Elles sont propagées par des supports physiques tels que les fils, les câbles, les pistes de circuit imprimé, les boîtiers des circuits intégrés,… ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 18 9 Les acteurs de la CEM Sources de perturbation n Les sources de perturbation § Rayonnement - Elles sont propagées par des supports diélectriques tel que l‛air, le plastique, l‛epoxy, la céramique… - Elles se propagent sous forme d‛ondes électriques, magnétiques ou électromagnétiques (onde plane, espace libre). ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 19 Dispositifs de couplage n Différentes types: § Par impédance commune § Couplage champ H à boucle § Couplage champ E à fil § Couplage par diaphonie magnétique § Couplage par diaphonie capacitive § Mode de couplage ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 20 10 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Couplage par impédance commune § Tout conducteur présente une impédance: R(W) = r× - Une résistance car la section d‛un conducteur n‛est pas infinie. - Une inductance car tout courant parcourant un conducteur génère un champ magnétique B et un flux d‛induction magnétique. - Une capacité car deux conducteurs distincts sont toujours séparés par un isolant. L(H) = L S f i C(F) = e0 × er × S h R C L ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 21 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Couplage par impédance commune § Une connections peut être commune à plusieurs dispositifs. § Cette connexion présente une impédance (Z) qui est commune aux dispositifs. § Z crée une pertrubation qui peut affectée l‛un, l‛autre ou les deux dispositifs. D1 D2 i1 Z, impédance commune i2 V perturbation i1+i2 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 22 11 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Couplage champ H à boucle § H (A/m) : excitation magnétique § B (Telsa) : champ magnétique § F (Weber) : flux magnétique H= i 2pr B = µ0 × µr × H f = B × S × c os ( q ) Avec : r : distance en m µ0 : perméabilité magnétique µr : perméabilité relative S : surface du contour fermé H ee= - df dH = -m0 × S × dt dt S ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 23 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Couplage champ E à fil § Un champ électrique E illuminant un conducteur (câble, fil, piste,…) engendre un courant i dans ce conducteur. E L£ l 4 L³ l 2 i L i(mA) £ L2 × FMHz ×E 120 i(mA) £ 1.25 ×E FMHz ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 24 12 Les acteurs de la CEM Dispositifs de couplage n Couplage par diaphonie magnétique § Deux conducteurs proches l‛un de l‛autre se comportent comme un transformateur. § Le courant i parcourant le premier conducteur induit une tension U dans le deuxième par couplage magnétique ou par induction magnétique M. U = ZL × i = 2p × f × M × i U = M× Di Dt ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 25 Dispositifs de couplage n Couplage par diaphonie magnétique - Exemple - Deux pistes de circuits imprimés ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 26 13 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Couplage par diaphonie capacitive § Deux conducteurs proches l‛un de l‛autre et séparés par un isolant (air, plastique,…) se comportent comme une capacité parasite C. § Une variation de tension appliquée à l‛un des conducteurs crée un courant de déplacement dans C et une tension parasite induite dans l‛autre conducteur. DU Dt DU2 ic = C × dv dt DU1 ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 27 Dispositifs de couplage n Couplage par diaphonie capacitive § Exemple - Deux pistes de circuits imprimés ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 28 14 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Syhnthèse des différents mécanismes de couplage Capacitif Champ E à fil Vss E ZCom i Type de couplage Commentaires Impédance commune Element physique présentant une impédance. Electrique Capacitive ou rayonnement E Magnétique Inductif ou rayonnement H ElectroMagnétique Rayonnement (onde plane) Champ H à boucle i Inductif k ~ Couplage ElectroMagnétique ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 29 Sources de perturbation Les acteurs de la CEM n Mode de couplage § Décrit comment les perturbations se propagent jusqu‛à la victime. Mode différentiel § Trois modes Mode commun Conversion mode commun en mode différentiel. § Il s‛agit alors d‛analyser le chemin électrique emprunté par les perturbations pour se propager et se reboucler (courant aller et et retour). ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 30 15 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Mode de couplage § Différentiel - Cas typique du mode données,adresses,…). de transport des signaux électriques (horloges, - Les perturbations sont transportées par le même support que le signal utile (câbles, connexions cartes,…). Elles retournent par la masse de celui-ci. - La pertrubation est couplée soit en mode conduit ou en mode rayonnée. Perturbation ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 31 Sources de perturbation n Mode de couplage § Commun - Les perturbations sont couplées sur le signal utile et sur sa masse. - Une partei des courants de retour se rebouclent par la (Terre) au travers de capacités parasites (Câbles,Chassis, cartes,..). - La boucle rayonne ou capte des perturbations. - La surface de la boucle de mode commun est généralement plus grande que le boucel de mode différentiel. Perturbation Capacité parasite de mode commun Capacité parasite de mode commun Perturbation ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 32 16 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Mode de couplage § Mode Commun - Exemple - courant de mode commun dans un étage de puissance iMC V Cp Transistor Cp ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 33 Dispositifs de couplage Les acteurs de la CEM n Mode de couplage § Conversion mode commun en mode différentiel - Mode particulier du mode commun dans lequel la dissymétrie des impédances des entrées fait apparaître une perturbation sous forme d‛une tension différentielle. Z1 différent de Z2 i1 i2 ZC1 ö æ ZC2 eMD = eMC × ç ÷ è ZC2 + Z1 ZC1+ Z2 ø ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 34 17 Victimes Les acteurs de la CEM n Classification § Biologiques et matérielles Victimes Biologiques: Ƒ Hommes, Ƒ Animaux, Ƒ Plantes, Ƒ etc… Victimes Matérielles: Ƒ Récepteurs, amplificateurs, Ƒ Capteurs,téléphones, Ƒ etc… ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les acteurs de la CEM 35 Synthèse n Exemple d‛environnement perturbant pour un récepteur radio ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 36 18 Les acteurs de la CEM Quelques équipements de mesure CEM n Equipements ARALA – F4GSC - Jean-luc Levant May 12 37 19 Les couplages Electromagnétiques Cours de CEM - Les couplages électromagnétiques ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 1 Définition Les couplages Electromagnétiques n Mode conduit et Rayonné Sources Victimes Victimes Mode de couplage - Impédance Commune Mode Conduit - Carte à châssis - Couplage Diaphonie Capacitive Mode Rayonné - Couplage Diaphonie Inductive - Couplage Champ à câblage (E) - Couplage Champ à boucle (H) ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 2 1 Définition Les couplages Electromagnétiques n Mode conduit- Impédance commune §Description: C‛est une impédance partagée par un ou plusieurs systèmes. Elle provient la plus part du temps du fait que les conducteurs ne sont pas idéaux et présentent des éléments parasites. Pour le cuivre RPCB ( mW ) = 0.5 × IC2 Z2 S2 VS dd .iv =Z DV S1 VS DVdd1 DVdd2 C1 VC C2 VC dd .iv =Z Z3 DV IC1 dd iv RFil ( m W ) = 17 × L S L W LPcb/Fil=10nH/cm Zcond = R + j × Lw dd .iv =Z DV Z1 ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 3 Définition Les couplages Electromagnétiques n Mode conduit -Impédance commune § Remèdes: - Diminuer Z1 en augmentant la section de la piste pour diminuer la résistance et l‛inductance. - Utiliser du circuit imprimé multicouches (plusieurs plans d‛alimentation). - Améliorer le découplage aux bornes de IC2. - Séparer les alimentations des circuits intégrés qui consomment le plus. - Limiter la bande passante des signaux. Z cond = R + j × L w ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 4 2 Définition Les couplages Electromagnétiques n Mode conduit - Carte à châssis § Description - Les pistes, les plans de masse et d‛alimentation présentent des capacités parasites, Cp, par rapport à la terre ou par rapport aux parties métalliques proches. - Cp proportionnelle à la surface des conducteurs. - Les courants de fuite ,ic, proportionnels aux capacités parasites Cp. - Création de DDP entre les différents signaux et violation des niveaux logiques. ic = Cp × DVc Dt Capacités parasites des pistes du Circuit Imprimé. CP ic ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 5 Définition Les couplages Electromagnétiques n Mode conduit - Carte à châssis § Remèdes - Diminuer les capacités réparties entre le circuit imprimé et la masse au niveau des pistes les plus sensibles (haute impédance, faible niveau) en diminuant la surface des pistes. - Rajouter un plan de masse si il n‛existe pas (blindage, abaissement des capacités parasites et des impédances des pistes). - Diminuer les variations de tension entre la carte et le châssis en reliant le « 0 volt » de la carte au châssis ou à un écran électrostatique. Circuit Imprimé IPisteEcran Gen. Perturbations << IEcranTerre ic = Cp × CPisteEcran CEcranTerre Ecran Electrostatique DVc Dt Terre CPisteEcran << CEcranTerre IPisteEcran << IEcranTerre ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 6 3 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage par diaphonie capacitive §Description La présence de deux câbles proches l‛un de l‛autre produit une capacité de couplage qui induit un courant dans le câble victime et donc une tension de perturbation. Rg Dv V C12 C1 ic C2 Rv ic @ C12 × Du Câble coupable Dv - Du Dt Câble victime ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 7 Définition Les couplages Electromagnétiques n Diaphonie capacitive § Remèdes - Limiter les variations rapides de tension. - Diminuer la capacité de couplage entre les deux circuits par un écran électrostatique (tresse, feuillard, plastique conducteur,…). ic @ C12 × Dv - Du Dt - Diminuer la capacité de couplage en éloignant le perturbé du perturbateur. - Éviter les parcours parallèles de câbles sur de longues distances. - Mettre le conducteur de retour dans le même câble que le conducteur aller. - Séparer les câbles de puissance travaillant à plus faibles niveaux. et les câbles ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 8 4 Définition Les couplages Electromagnétiques n Diaphonie inductive §Rappel de la loi d‛Ampère Tout conducteur parcouru par un courant i, produit un champ électromagnétique B inversement proportionnel à la distance d: B(Tesla) = µ0 × H Avec: ( D=10cm i=1A H A H=1.66A/m Exemple: Champ à une distance de 10cm pour i=1A.à H =1.66 A/m m ) = 2 pI× D B = 4ʌ × 10-7 × 1.66 = 21 × 10-7 ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 9 Définition Les couplages Electromagnétiques n Diaphonie inductive § Rappel de la loi de Faraday (théorie de l‛induction) Le champ magnétique traversant une surface S induit une tension e proportionnelle à S. H e = -m0 × S × Variation fréquentielle: e = -m0 × S × 2p × f × H dF ee = dt Avec: S ( m) m0 H S(m²) dH dt Variation temporelle: Perméabilité de l’air, 12.56e-6 Surface de la boucle F = B ×S B ( Telsa ) F ( Weber ) B = m0 × H Champ d’induction magnétique Flux d’induction magnétique ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 10 5 Définition Les couplages Electromagnétiques n Diaphonie inductive § Rappel de la loi de Faraday - Exemple. H e dH e = -m0 ×S × dt H = 1A/m, dt = 10ns, S=10cm². e=-1.256V S ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 11 Définition Les couplages Electromagnétiques n Diaphonie inductive § Rappel de la loi de Faraday - Exemple. - i= 1A, dt = 100ns - h=1cm, l=1m - d =10cm, distance moyenne fil à boucle. H traversant la boucle à la distance d: H=1.6A/m Tension induite: e = -m0 × S × H / dt e = -0.2v ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 12 6 Définition Les couplages Electromagnétiques n Diaphonie inductive §Rappel sur l‛inductance mutuelle - La présence de deux fils crée une inductance mutuelle. - Tension de perturbation induite dans la boucle. U = ZL × i = 2p × f × M × i U = M× Di Dt ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 13 Définition Les couplages Electromagnétiques n Diaphonie inductive §Rappel sur l‛inductance mutuelle Exemple Deux fils parallèles de 1m de long à 10cm du plan de masse et séparés de 5cm ont une inductance mutuelle de 0.22µH. U = 0.22µH × 10A = 4.4V 500ns Le courant circulant dans le câble coupable est de 10A et s‛établie en 500ns. Déterminons U dans le câble victime. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 14 7 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage par diaphonie inductive. § Remèdes : § Diminuer l‛inductance mutuelle en éloignant le perturbé du perturbateur. § Diminuer la surface de la boucle du circuit perturbé. § Éviter les parcours parallèles de câbles sur de longues distances. § Diminuer la vitesse de variation du courant. U = M× Di Dt e = -m0 × S × dH dt § Plaquer les conducteurs victimes et perturbateurs sur la masse. § Travailler en basse impédance. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 15 Définition n Couplage par diaphonie inductive. § Remèdes : Utilisation de câbles Torsadés (efficace en B.F) ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 16 8 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage par diaphonie inductive. § Remèdes : Utilisation de câbles Torsadés (efficace en B.F) Vavec ( V ) = La tension avec torsades est égale à: V sa n s ET Avec: ET = 2 ×n ×L + 1 1 + 2 × n × L × sin éë 3 × p / ( 4 × n × l ) ùû n : nombre de torsades par mètre L : Longueur du câble soumis au champ en mètre. l : Longueur d‛onde en mètre. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 17 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage champ à câble isolé § Description - Un câble est isolé à une de ses extrémités et est parallèle à un plan de masse (ex. la souris du PC). - Celui-ci reçoit un champ électromagnétique incident E. - Ce couplage champ à fil produit un courant i (capacité répartie du câble). E équipement L h i ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 18 9 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage champ à câble isolé , § Description En fonction du rapport L l Si L£ l 4 i(A ) £ Si L³ l 2 i(A) £ le courant aura une expression différente. L2 æ L ö 80 × l × ln ç ÷ è 2×dø l ×E 240 E(V/m), champ électrique incident. L(m) , longueur du conducteur. ×E i(mA) £ L2 × FMHz ×E 120 i(mA) £ 1.25 ×E FMHz FMHz , f en MHz d(m) , diamètre du conducteur. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 19 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage champ à câble - isolé § Remèdes § Réduire l‛effet d‛antenne en plaquant le câble contre la masse et diminuant la longueur du câble. § Blinder le conducteur perturbé. § Eloigner la source du fil perturbé. § Augmenter l‛impédance du câble (ferrite). § Filtrer les câbles. i(A) £ L2 æ L ö 80 × l × ln ç ÷ è 2×dø ×E § Limiter la bande passante de signaux. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 20 10 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage champ à câble - par rapport à un plan de masse § Description C‛est le même type de couplage que le précédent excepté que le câble est prêt d‛un plan de masse. L‛onde incidente, Einc, est réfléchie sur le plan de masse, Eref, et se retrouve +/- en phase avec Einc. Einc équipement L h Eref Plan de masse ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 21 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage champ à câble - par rapport à un plan de masse § Description Deux cas sont possibles Le plan atténue l’onde h£ l h ,E » E0 × × FMHz 10 30 Le plan amplifie l’onde h> l ,E » 2 × E0 10 Un câble près d’une plan de masse réduit le rayonnement si h< l 10 ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 22 11 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage champ à boucle § Description La boucle reçoit un champ rayonné et induit une tension dans la boucle U Suivant le rapport des dimensions par rapport à la longueur d‛onde, U sera plus ou moins fort. E,H U U(V) 1 3 2 L,h < l 4 L> l l ,h < 4 2 L,h > 2p ×L × h U = E× l 2 l× f U= 2p × L × h ×E l U= p×h ×E 2 U= 2 2 é L ö ù é æ æ hö ù ê1 + ç 4 × ÷ ú × ê1 + ç 4 . ÷ ú l l è ø è ø ëê ûú êë ûú l×p ×E 8 ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 23 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage champ à boucle § Exemple Une boucle de 1m de long, et de 10cm de haut reçoit un champ électrique de 10V/m à 10MHz. Déterminons la tension induite U. Déterminons la longueur d’onde l= L=1m E=10V/m, f=10MHz 300 = 30m 10 Déterminons U U H=10cm U= 2p× L,H<< l L× h 1× 0.1 ×E = 6.28× ×10 = 0.21V l 30 ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 24 12 Définition Les couplages Electromagnétiques n Couplage champ à boucle § Remèdes § Pour les BF, f<75/L, diminuer la surface des boucles en jouant sur L et h. U= 2p × L × h ×E l § Pour les fréquences intermédiaires, 75/L <f<75/h, diminuer h. U= p×h ×E 2 § Pour les fréquences > 75/h, éloigner la boucle du perturbateur ou blinder. U= l×p ×E 8 ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 25 Définition Les solutions de filtrage, blindage et protection ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 26 13 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Filtrage § Principe Emissivité Immunité ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 27 Filtrage,blindage et protections n Filtrage § Principe ZL élevée ZL = j × w × L Blocage des perturbations ZC faible ZC = 1 j×w×C Contrôle du chemin de retour des perturbations ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 28 14 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Filtrage de mode différentiel - Objectif, éliminer une perturbation qui arrive sur un fil par rapport à une référence (masse,…). Contrôle du retour du courant perturbateur de mode différentiel Impédance plus élevée en mode différentiel ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 29 Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Filtrage de mode commun - Objectif, éliminer une perturbation qui arrive en phase sur les fils de phase et de neutre Contrôle du retour du courant perturbateur de mode commun Impédance plus élevée en mode commun ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 30 15 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Exemples de filtre de commun/différentiel ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 31 Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Mise en œuvre - Attention au sens!!! Entrée Sortie ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 32 16 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Mise en oeuvre ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 33 Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Mise en oeuvre ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 34 17 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les ferrites § Augmenter l‛impédance des câbles - Fonctionnement des selfs de mode commun f LMc = f i ( ) LMc = L0 × m' - jm'' ( ' '' Z = jwL0 × m - jm ) = wL0m '' + jwL0m' Z = RMc + jwLMc RMc représente les pertes ohmiques qui sont fonction de Ȧ. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 35 Filtrage,blindage et protections n Les ferrites § Augmenter l‛Impédance des câbles - Fonctionnement des selfs de mode commun - Exemple de caractéristiques relevées chez un constructeur Rs ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 36 18 Filtrage,blindage et protections Les couplages Electromagnétiques n Les ferrites § Augmenter l‛Impédance des câbles - Différentes formes de ferrites de mode commun. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 37 Filtrage,blindage et protections Les couplages Electromagnétiques n Les ferrites de mode commun § Augmenter l‛impédance des câbles - diminuer les émissions de mode commun. E(V/m) = 60 × E(V/m) i2 D C i2 ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 38 19 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les ferrites de mode commun § Augmenter l‛impédance des câbles - diminuer les émissions de mode commun. E(V/m) = 60 × i2 D Self de mode commun Zc=150ohms ~ ~ Zc=150ohms Vc Vc i2 i2 avant ZMc : i2 = Vc Zc i2 après ZMc : i2 = Vc Zc + ZMc ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 39 Filtrage,blindage et protections n Les parasurtenseurs § Objectif, écrêter les surtensions qui arrivent sur les signaux et sur les alimentations. •Diode, type tranzorb. •Varistances. •Eclateurs à gaz. •Thyristors, triacs. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 40 20 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les parasurtenseurs § Câblage. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 41 Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Principe général R : pertes par réflexion. A : pertes par absortion. B : pertes par réflexion secondaire. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 42 21 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Principe général ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 43 Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Principe général ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 44 22 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Ouverture et trous d< t ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 45 Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Ouverture W > t ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 46 23 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Exemples ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 47 Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Fenêtres de ventilation et fenêtres blindées ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 48 24 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les câbles blindés § Objectif, protéger les signaux utiles par écran métallique connecté à la masse générale. L‛écran ou blindage écoule à la masse les perturbations rayonnées. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 49 Filtrage,blindage et protections n Les câbles blindés § Mise en oeuvre ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 50 25 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les joints § Description •Les tricots conducteurs. •Les textiles conducteurs. •Les élastomères chargés de poudres ou de fibres métalliques. •Les ressorts de contact. ARALA – F4GSC -Jean-luc Levant May 12 51 26 Les couplages Electromagnétiques Définition Cours de CEM - Les solutions de filtrage, blindage et protection ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 1 Filtrage,blindage et protections n Filtrage § Principe Emissivité Immunité ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 2 1 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Filtrage § Principe ZL élevée ZL = j × w × L Blocage des perturbations ZC faible ZC = 1 j×w×C Contrôle du chemin de retour des perturbations ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 3 Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Filtrage de mode différentiel - Objectif, éliminer une perturbation qui arrive sur un fil par rapport à une référence (masse,…). Contrôle du retour du courant perturbateur de mode différentiel Impédance plus élevée en mode différentiel ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 4 2 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Filtrage de mode commun - Objectif, éliminer une perturbation qui arrive en phase sur les fils de phase et de neutre Contrôle du retour du courant perturbateur de mode commun Impédance plus élevée en mode commun ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 5 Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Exemples de filtre de commun/différentiel ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 6 3 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Mise en œuvre - Attention au sens!!! Entrée Sortie ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 7 Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Mise en oeuvre ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 8 4 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Filtrage des alimentation § Mise en oeuvre 9 ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les ferrites § Augmenter l‛impédance des câbles - Fonctionnement des selfs de mode commun f LMc = f i ( ) LMc = L0 × m' - jm'' ( ) Z = jwL0 × m' - jm'' = wL0m'' + jwL0m' Z = RMc + jwLMc RMc représente les pertes ohmiques qui sont fonction de Ȧ. ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 10 5 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les ferrites § Augmenter l‛Impédance des câbles - Fonctionnement des selfs de mode commun - Exemple de caractéristiques relevées chez un constructeur Rs ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 11 Filtrage,blindage et protections n Les ferrites § Augmenter l‛Impédance des câbles - Différentes formes de ferrites de mode commun. ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 12 6 Filtrage,blindage et protections Les couplages Electromagnétiques n Les ferrites de mode commun § Augmenter l‛impédance des câbles - diminuer les émissions de mode commun. E(V/m) = 60 × E(V/m) i2 D C i2 ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 13 Filtrage,blindage et protections n Les ferrites de mode commun § Augmenter l‛impédance des câbles - diminuer les émissions de mode commun. E(V/m) = 60 × i2 D Self de mode commun Zc=150ohms ~ ~ Zc=150ohms Vc Vc i2 i2 avant ZMc : i2 = Vc Zc i2 après ZMc : i2 = Vc Zc + ZMc ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 14 7 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les parasurtenseurs § Objectif, écrêter les surtensions qui arrivent sur les signaux et sur les alimentations. •Diode, type tranzorb. •Varistances. •Eclateurs à gaz. •Thyristors, triacs. ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 15 Filtrage,blindage et protections n Les parasurtenseurs § Câblage. ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 16 8 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Principe général R : pertes par réflexion. A : pertes par absortion. B : pertes par réflexion secondaire. ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 17 Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Principe général ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 18 9 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Principe général ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 19 Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Ouverture et trous d< t ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 20 10 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Ouverture W > t ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 21 Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Exemples ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 22 11 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les blindages § Fenêtres de ventilation et fenêtres blindées ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 23 Filtrage,blindage et protections n Les câbles blindés § Objectif, protéger les signaux utiles par écran métallique connecté à la masse générale. L‛écran ou blindage écoule à la masse les perturbations rayonnées. ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 24 12 Les couplages Electromagnétiques Filtrage,blindage et protections n Les câbles blindés § Mise en oeuvre ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 Les couplages Electromagnétiques 25 Filtrage,blindage et protections n Les joints § Description •Les tricots conducteurs. •Les textiles conducteurs. •Les élastomères chargés de poudres ou de fibres métalliques. •Les ressorts de contact. ARALA - F4GSC - Jean-luc Levant May 12 26 13
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