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Quelques définitions
La compatibilité électromagnétique (CEM)
est la capacité d'un appareil ou d'un système à fonctionner de façon satisfaisante dans son environnement électromagnétique sans provoquer lui-même des perturbations électromagnétiques qui seraient inacceptables pour d'autres appareils présents dans ce même environnement. Elle ne peut pas se mesurer directement. Pour pouvoir décrire quantitativement la CEM, on distingue
Perturbation électromagnétique:
C'est un bruit électromagnétique, un signal non désiré ou une modification du milieu de propagation lui-même.
Une perturbation électromagnétique est composée d'un champ électrique E généré par une ddp et d'un champ magnétique H généré par la circulation d'un courant i dans un conducteur.
La CEM est une expression générique qui recouvre deux concepts :
1) EMISSIVITE (pouvoir perturbateur d'un équipement électrique)
Le sigle EMI (ElectroMagnetic Interference = Interférence ElectroMagnétique) caractérise les émissions parasites produites par un appareil électrique ou électronique qui risquent, en fonction de leur intensité, de perturber d'autres équipements comme par exemple des appareils de radiocommunications ou des équipements électroniques de sécurité ou médicaux.
Pour empêcher de telles interférences et pour assurer le fonctionnement simultané des divers appareils, il était important de fixer des normes pour les émissions parasites permettant d'effectuer des essais standardisés.
2) IMMUNITE (indique la capacité à supporter les perturbations)
Le sigle EMS (ElectroMagnetic Susceptibility = Susceptibilité ElectroMagnétique) caractérise l'immunité au rayonnement électromagnétique. On désigne ainsi la possibilité d'un appareil de fonctionner correctement malgré l'influence de perturbations.
Des conditions d'essai ont été fixes par des normes pour tester le fonctionnement d'un appareil ou d'un système sous l'influence de perturbations propagées par conduction ou par rayonnement. Des essais sont effectués dans un hall ou dans une cabine blindé(e).
L'immunité électromagnétique est souvent désignée par le concept inverse, à savoir la susceptibilité électromagnétique
Qu'il s'agisse d'émissivité ou d'immunité, on fait la distinction entre :
les perturbations rayonnées et
les perturbations conduites.
La compromission électromagnétique peut se définir comme étant la révélation d'informations confidentielles à des personnes qui n'ont pas à les connaître.Cette capture illicite d'information est réalisée par l'intermédiaire des signaux parasites compromettants. L'information représente le phénomène générateur et les signaux parasites le phénomène résultant ; l'exploitation du lien entre les signaux parasites et l'information traitée permet, à partir de la connaissance du phénomène résultant, de remonter au phénomène générateur.
La corrélation, entre les signaux parasites compromettants et l'information, peut se manifester sous différents aspects. En général, lorsqu'elle est traduite au niveau électrique, l'information se présente sous la forme d'une succession d'impulsions, chacune étant représentative d'un double changement d'état stable du régime électrique établi. Ces changements d'états successifs provoquent, dans les différents circuits du matériel considéré, des perturbations
présentant des caractéristiques qui sont en relation avec les impulsions elles-mêmes. Les perturbations peuvent prendre naissance, soit durant le front montant de l'impulsion, soit durant le front descendant. Elles peuvent également être générées à chaque front des impulsions. Si les informations sont exploitées en mode parallèle, les parasites engendrés possèdent, en plus, une amplitude proportionnelle au nombre d'impulsions présentes simultanément.
L'exploitation des perturbations, c'est-à-dire la connaissance de leurs positions relatives, de leurs niveaux, permet de recréer des impulsions identiques à celles qui sont à l'origine de ces perturbations et ainsi, révèle les informations qui sont traitées. La capture et l'exploitation des signaux parasites compromettants dans le but de connaître des informations traitées sont la compromission électromagnétique.
La CEM : Les sources
Sources de perturbations d’origine naturelle
Sources de perturbations qui tiennent à l’activité humaine
EMISSION D’UNE PERTURBATION
Définition : « Processus par lequel une source fournit de l’énergie électromagnétique vers l’extérieur ».
L’équipement est donc générateur de perturbations.
Les émissions de perturbations se propagent du produit vers son milieu extérieur. Ces perturbations peuvent constituer une agression de type électrique ou électromagnétique pour les produits environnant.
Les chemins de propagations suivis pour s’échapper du produit sont l’espace ambiant pour les perturbations rayonnées et les câbles pour les perturbations conduites.
Il existe deux modes de transmission des perturbations :conduit et rayonné.
On parle alors d’émission conduite et d’émission rayonnée.
Les tests CEM permettent de mesurer les émissions conduites et rayonnées qui sont issues de l’équipement et de vérifier la conformité aux normes à appliquer.
Par exemple :
Un récepteur de télévision peut, par rayonnements électromagnétiques excessifs, perturber un téléphone disposé à proximité.
Il est donc important pour un fabricant de téléviseur de pouvoir mesurer ce rayonnement afin de le limiter à un niveau acceptable.
Ce même récepteur de télévision, connecté à la même prise électrique que le téléphone sans fil, renvoie des perturbations conduites sur le secteur par son propre câble d’alimentation.
Ces émissions de perturbations peuvent perturber le téléphone sans fil. Il est donc important, pour le fabricant du téléviseur, de pouvoir mesurer ces émissions de perturbations afin de s’assurer qu’elles ne nuiront pas.
Origine des perturbations électromagnétiques:
1. Les harmoniques:
2. Les transitoires:
3. Décharges électrostatiques:
4. Les moteurs électriques:
Exemple
Répartition spectrale des perturbations
Exemple EST : Alimentation à découpage : Causes des perturbations :
Origine des perturbations électromagnétiques:
1. Les harmoniques:
Elles sont de type BF et sont donc principalement conduites.
Origine:
Tous les récepteurs non linéaires (redresseurs, éclairage fluorescent) consomment un courant non sinusoïdal et génèrent ainsi des courant harmoniques.
Principaux générateurs:
Onduleur, hacheur, four à arc, à induction, démarreur électronique, variateur pour moteurs, lampe à décharge, tube fluo...
Récepteurs gênés:
• Moteurs: échauffement, couple pulsatoire,
• Câble: augmentation des pertes,
• Ordinateur: troubles fonctionnels,
• Electronique de puissance: trouble de commutation, de synchronisation,
• Régulateurs: mesure faussée, fonctionnement intempestif...
2. Les transitoires:
Ce sont des surtensions impulsionnelles couplées dans les circuits électriques qui se trouvent sous forme conduite dans les câbles d'alimentation, les entrées de commande ou de signal des équipements électriques ou électroniques.
Caractéristiques:
• HF et BF,
• temps de montée faible (5 ms),
• durée: 50 ms,
• amplitude inférieure à 4 kV.
Origine: commutation rapide des interrupteurs mécaniques ou électroniques.
Principales sources: foudre, défaut de mise à la terre, commutation de circuits inductifs.
Effets: parasitage des appareils sensibles (systèmes de mesure, radio, capteurs...)
3. Décharges électrostatiques:
Ce sont des impulsions de courant parcourant un objet quelconque relié à la masse lors de son contact avec un autre objet présentant un potentiel élevé par rapport à cette même masse.
Caractéristiques:
• HF,
• temps de montée:
• Durée: environ 60 ns,
• Tension: de 2 à 15
Origine: les décharges électrostatiques résultent de l'échange d'électrons entre les
Effet: du dysfonctionnement à la
4. Les moteurs électriques:
C'est une source importante de perturbations conduites et / ou
Les moteurs asynchrones sont peu perturbants, cependant, la saturation magnétique rend la charge non linéaire et entraîne la création d'harmoniques; d'autre part, la mise sous tension génère un fort courant pouvant
Les moteurs à balais et collecteurs vont créer des perturbations transitoires à front raide lors de la phase de commutation des balais.
Exemple de caractéristiques spectrales des perturbations:
Le spectre peut être très étroit : Radiotéléphone
Le spectre peut être très large : Four à arc
L’énergie de la perturbation est l’intégrale de sa puissance sur toute la durée de cette perturbation (Joule)
Répartition spectrale des perturbations:
Les victimes de la CEM
Victime : tout matériel susceptible d’être perturbé
Moteurs: échauffement, couple pulsatoire,
Câble: augmentation des pertes,
Ordinateur: troubles fonctionnels,
Electronique de puissance: trouble de commutation, de synchronisation,
Régulateurs: mesure faussée, fonctionnement intempestif...
Systèmes de mesure : parasites,
Radio : parasites,
Capteurs : parasites,
Effets des perturbations sur les victimes Susceptibilité électromagnétique
IMMUNITE A UNE PERTURBATION
Définition : « Aptitude d’un dispositif, d’un appareil ou d’un système à fonctionner sans dégradation en présence d’une perturbation électromagnétique ».
Du point de vue du produit, l'immunité correspond la tenue ou non de ses fonctions, face à une agression extérieure de type électrique ou électromagnétique.
Tant que le niveau d’immunité n'est pas atteint, le produit n'est pas « susceptible » à l'agression. Il existe donc une marge d’immunité avant la susceptibilité.
Les chemins de propagation suivis pour atteindre le produit sont l’espace ambiant pour les perturbations rayonnées et les câbles pour les perturbations conduites.
Il existe deux modes de transmission des perturbations : conduit et rayonné.
On parle alors d'immunité conduite ou d'immunité rayonnée.
Les tests d’immunité consistent à injecter volontairement une perturbation vers le produit et à vérifier qu’il continue à fonctionner comme le fabricant l’avait prévu.
Par exemple :
Envoyer des rayonnements électromagnétiques sur un récepteur de télévision permet de vérifier qu’il ne sera pas parasité par un téléphone cellulaire, ou encore par une console de jeu, se trouvant à proximité.
Injecter une onde de choc sur l’entrée d’alimentation d’un ordinateur permet de vérifier que la foudre « par effet indirect » n’entraînera pas sa destruction.
Le couplage
Couplage : Liaison , passage ou transmission des perturbations de la Source vers la VictimeCaractérisé par un coefficient de couplage K exprimé en dBK = 20 log(A reçue/A émise)A est l’amplitude de la perturbation
Modes de couplagePerturbations conduites :
Couplage par liaison directe
Couplage par impédance commune
Perturbations rayonnées :
Couplage en champ lointain (champ à câble)
Couplage en champ proche (câble à câble) :
Diaphonie capacitive
Diaphonie inductive
Remarque sur la synchronisation inopinée
Méthode d'analyse de la CEM
La problématiqueL'électronique devient de plus en plus polluante du fait de plusieurs critères :
augmentation du nombre d'appareils ;
puissance croissante ;
augmentation des fréquences de fonctionnement .
En conséquence, il devient nécessaire de choisir une méthode d'analyse pour identifier l'intégralité des phénomènes.
La description systématique des paramètres importants pour la compatiblité électromagnétique nécessite de définir un modèle. Celui-ci se compose d'une source émettant des perturbations, d'un système de couplage et d'un dissipateur de perturbations .
Les perturbations émises par la source peuvent être soit un champ électromagnétique, soit un champ électrique, soit un rayonnement électromagnétique. Le couplage peut être galvanique, inductif, capacitif ou électromagnétique. La grandeur perturbatrice a une influence électromagnétique. Cette influence peut se traduire par une perte de qualité, un dysfonctionnement ou une panne (destruction de l'appareil).
Méthode d'analyse de la CEM
Source Couplage VictimeBasse Fréquence Impédance commune AnalogiqueHaute Fréquence Carte à châssis NumériqueConduction Diaphonie inductive Récepteur optoRayonnement Diaphonie capacitive Récepteur radioImpulsive Champ à fil PyrotechniqueEntretenue Champ à boucle Etres vivants
Quand on est capable d'identifier tous les intervenants, résoudre un problème de CEM revient le plus souvent à utiliser des recettes. Il convient donc de bien comprendre tous les mécanismes et la façon dont les intervenants se perturbent entre eux.
Prise en compte de la CEM dès la conception des systèmes
Les responsables de projet doivent maintenant inclure dans leur étude la CEM, dès la conception car son coût est marginal par rapport à une opération à posteriori.
Il ne faut pas non plus oublier que des problèmes de réglementation viennent maintenant imposer des normes et qu'il devient donc extrêmement difficile de diffuser un produit non conforme.
Tout nouveau produit doit en effet respecter la directive européenne CE 89/336 concernant les perturbations électromagnétiques, c'est à dire : "les perturbations électromagnétiques générées doivent être limitées à un niveau permettant aux appareils sensibles de fonctionner conformément à leur destination."
"Les appareils doivent avoir un niveau d'immunité intrinsèque suffisant, contre les perturbations, leur permettant de fonctionner conformément à leur destination."
L'obtention de la validation de conformité à la directive européenne est assurée par l'estampillage CE (Certified Europe) sur le produit. Il va de soi qu'un utilisateur averti prenant la peine de vérifier son matériel, s'affranchira de nombreuses surprises souvent bien gênantes.
La nécessité de prendre en compte la CEM dès la conception des systèmes
Comment assurer et faire valider la conformité des produits aux différentes directives ?
1) Intervention en phase de design :
Réfléchir à ce qui est produit
Pour quelle destination
Comment, --> 4 phases :
Revue des schémas par des spécialistes CEM
Optimisation des choix de composants
Qualification des composants
Recommandations particulières
2) Intervention en phase de prototypage :
Tests sur prototypes
Modifications si nécessaire
Validation des solutions CEM retenues
Tests sur prototypes de “ production ”
Derniers réajustements si nécessaire
3) Intervention en cours de production :
Audit de machines série
Actions correctives en cas de dérive
Pourquoi faire de la CEM ?
La Compatibilité Electro-Magnétique
La CEM : Normes et Directives Voir l’interprétation
Voir la classification Voir un exemple Les différentes directives CEM en vigueur dans le monde :
1) Aux Etats-Unis :
La directive en vigueur est la FCC part 15 subpart B.Avant la mise du produit sur le marché, le fabricant soumet le PC à des tests dans ses propres laboratoires. A l'issu de cette opération, et si le matériel a passé cette étape avec succès, il est soumis à l'appréciation d'un labo agréé par FCC.Une deuxième méthode consiste à l'autodéclaration du matériel sur la base d'un équipement de test certifié.
2) En Europe :
La directive en vigueur est la 89/336/CE.
3) Autres pays :
Directive CISPR 22Japon : CEM recommandée
Le domaine de la CEM s'appuie sur une réglementation émanant d'organismes nationaux et internationaux dont les principaux sont :
La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) et ses Comités d'Etude ;
Le CISPR (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) ;
Le CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique).
Normes génériques
EN 50 081-1 Norme générique d'émission pour l'environnement résidentiel, commercial et l'industrie d'éclairage
EN 50 081-2 Norme générique d'émission pour environnement industriel
EN 50 082-1 Norme générique d'immunité pour environnement résidentiel, commercial et l'industrie d'éclairage
EN 50 082-2 Norme générique d'immunité pour environnement industriel
EN 60601.1.2 Norme générique médicale
La directive européenne relative à la CEM et sa transposition en droit français (Guide)
Au 1er janvier 1993, le marché unique européen est devenu une réalité. Ce marché de 350 millions d'habitants garantit la libre circulation des biens, des personnes, des services et des capitaux. Avec les pays de l'ancienne Association Européenne de Libre-Echange, il totalise même une population de 370 millions d'habitants. En termes de pouvoir d'achat, c'est le plus important marché du monde. Le bon fonctionnement d'un marché commun suppose des dispositions législatives uniques. Celles-ci sont promulguées par la Commission de l'Union européenne de Bruxelles sous forme de Directives européennes et de règles techniques (normes) applicables à l'échelle européenne.
En matière de CEM, la Commission européenne a promulgué, le 3 mai 1989, la " Directive 89/336/CEE * du Conseil des Communautés européennes concernant le rapprochement des législations des Etats membres relatives à la compatibilité électromagnétique "
Journal officiel n° L 139 du 23/05/1989 p. 0019 - 0026
Modifications :
Modifié par la directive 92/31/CEE (JO L 126 12.05.92 p.11)
Modifié par la directive 93/68/CEE (JO L 220 30.08.93 p.1)
Cette Directive a été transposée en droit français par le Décret n° 92-587 du 26 juin 1992, (modifié par le décret n° 95-283). Il est à noter que les différentes transpositions nationales de cette Directive permettent à chacun des états membres de la CEE de disposer de législations harmonisées pour la CEM.
L'arrêté du 15 septembre 1992 portant mise en application de ce décret.
L'application de cette directive est obligatoire depuis le 1er janvier 1996.
La Directive sur la CEM et, par conséquent, le Décret français n° 92-587 du 26/6/92 (et leurs modifications) sont applicables à tous les appareils contenant des circuits électriques ou électroniques, à l'exception des appareils dont la compatibilité électromagnétique fait l'objet d'autres Directives européennes, à savoir :
•Véhicules automobiles Directive 72/245/CEE, 95/54/CE •Tracteurs agricoles et forestiers Directive 75/322/CE, •Implants médicaux Directive 90/385/CEE •Equipements terminaux de télécommunications et les équipements de stations terrestres de communications par satellite, incluant la reconnaissance mutuelle de leur conformité 98/13/CEE (codification des directives 91/263/CEE, 93/97/CEE, 91/263/CEE en les regroupant en un texte unique)
Etant hors du champ d'application de la Directive CEM, ces produits ne sont donc pas concernés non plus par le Décret n°92-587 du 26 juin 1992 qui n'est que la transposition française de la Directive CEM.
Décret n° 92-587* du 26 juin 1992
*Décret no 95-283 du 13 mars 1995 modifiant le décret no 92-587 du 26 juin 1992 relatif à la compatibilité électromagnétique des appareils électriques et électronique
Le Décret n° 92-587 du 26 juin 1992 fournit un cadre réglementaire français complet pour la compatibilité électromagnétique. Il est applicable à tous les appareils susceptibles de générer des perturbations électromagnétiques ou dont le fonctionnement peut être gêné par des perturbations venant de l'extérieur. Il réglemente les conditions de mise sur le marché, de mise à la vente et d'exploitation de ces appareils.
Très peu de produits ne sont pas concernés par ce Décret. Il s'agit par exemple de produits pour lesquels il existe d'autres Directives CE, notamment les véhicules automobiles, les implants médicaux et les terminaux de télécommunications ainsi que les équipements que les radioamateurs construisent eux-mêmes.
Le Décret n° 92-587 du 26 juin 1992 se borne à définir des objectifs de protection. Il ne fixe pas de valeurs limites ou de procédures de mesure. Il comporte 11 articles. Nous nous limiterons ici à examiner les plus importants du point de vue des fabricants de produits électrotechniques.
Article 2 : Définitions
L'article 2 définit plusieurs concepts dont la connaissance est indispensable à la compréhension du Décret.
On entend par :
- " appareils " : tous les appareils électriques et électroniques, ainsi que les équipements et installations qui contiennent des composants électriques et/ou électroniques ;
- " perturbations électromagnétiques " : tout phénomène électromagnétique, notamment un bruit électromagnétique, un signal non désiré ou une modification du milieu de propagation lui-même, susceptible de créer des troubles de fonctionnement d'undispositif, d'un appareil ou d'un système ;
- " immunité " : l'aptitude d'un dispositif, d'un appareil ou d'un système à fonctionner en présence d'une perturbation électromagnétique, sans que la qualité de son fonctionnement en soit affectée ;
- " compatibilité électromagnétique " : l'aptitude d'un dispositif, d'un appareil ou d'un système à fonctionner dans son environnement électromagnétique sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques de nature à créer des troubles graves dans le fonctionnement des appareils ou des systèmes situés dans son environnement.
Article 3 : Exigences de protection
Les Etats membres présument conformes aux exigences de protection précisées à l'article 3 du Décret français les appareils qui sont conformes aux exigences des normes européennes harmonisées dont les références ont été publiées au Journal Officiel des Communautés européennes. En l'absence de normes européennes harmonisées, la conformité avec les exigences de protection est attestée par un dossier technique de construction. Ce dossier doit donner une description de l'appareil, exposer les modalités mises en oeuvre pour assurer la conformité de l'appareil avec les exigences de protection mentionnées plus haut et comprendre un rapport technique ou un certificat délivré par un "organisme compétent". La section 5.3 présente une liste des normes déjà publiées.
Article 5 : Conditions d'apposition du marquage CE de conformité
Alinéa 1 : Pour les appareils conformes aux normes les concernant (normes nationales transposant les normes harmonisées ou normes nationales reconnues, applicables en totalité tant en émissivité qu'en immunité), le fabricant (ou son mandataire établi dans la Communauté) peut attester lui-même (après avoir effectué les mesures correspondantes !) que ces appareils répondent aux exigences de la Directive. Bien que le terme ne figure ni dans la Directive ni dans le Décret n° 92-587 du 26 juin 1992, on parle dans de cas de procédure d'auto-certification.
Le fabricant ou son mandataire établit à cet effet une déclaration CE de conformité définie à l'article 7 du Décret français. Il appose le marquage CE de conformité sur le produit lui-même ou à défaut sur son emballage, sa notice d'emploi ou son bon de garantie. Le produit peut ensuite être librement commercialisé en Europe. Le fabricant ou son mandataire doit tenir la déclaration CE de conformité à la disposition des agents chargés des contrôles pendant dix ans suivant la mise sur le marché de l'appareil
Alinéa 2 : A défaut de normes telles que définies à l'alinéa 1 ou si celles-ci ne peuvent pas être appliquées en totalité, il est nécessaire de produire, en plus de la déclaration CE de conformité définie à l'article 7, un dossier technique de construction comprenant, entre autres, un rapport technique ou un certificat délivré par un "organisme compétent", attestant que l'appareil concerné répond aux exigences de la Directive. Le marquage CE du produit s'effectue comme indiqué à l'alinéa 1.
La personne qui a mis l'appareil sur le marché communautaire doit tenir la déclaration CE de conformité et le dossier technique de construction à la disposition des agents chargés des contrôles pendant dix ans suivant la mise sur le marché de l'appareil.
Article 6 : Appareils d'émission radio
Les appareils d'émission radio doivent faire à la fois l'objet d'une déclaration CE de conformité établie dans les conditions de l'alinéa 1 de l'article 5 et d'une attestation CE de type délivrée par un "organisme notifié". Le marquage CE de conformité apposé sur les produits doit mentionner le numéro d'identification de l'organisme notifié.
Article 7 : Déclaration CE de conformité
La déclaration CE de conformité mentionnée aux alinéas 1 et 2 de l'article 5 du Décret doit obligatoirement être établie préalablement à la mise sur le marché de tout produit concerné par la Directive. Elle est établie par le fabricant ou son mandataire installé sur le territoire des Etats membres de l'Union européenne. Il suffit que celui-ci ait procédé aux mesures nécessaires. Le Décret n'oblige pas à faire appel à un organisme de contrôle externe.
L'attestation CE de conformité doit comprendre les éléments suivants :
•la description de l'appareil ou des appareils visés
•la référence des normes ou spécifications techniques par rapport auxquelles la conformité est déclarée
•l'identification du signataire
•les références de l'attestation CE de type pour les appareils d'émission radio visés à l'article 6.
Autorité compétente
En France, l'autorité compétente désignée au sens de la Directive 89/336/CEE est le SQUALPI.
Adresse : Ministère de l'Industrie/Sous-Direction de la Qualité des Produits Industriels
22, rue Monge - 75005 Paris
Tél 01 43 19 50 26 - Fax 01 43 19 50 44
Le SQUALPI est chargé de veiller à l'application de la loi.
En cas d'infraction au Décret CEM, le SQUALPI peut ordonner des mesures coercitives. Il peut s'agir de la restriction du droit de libre circulation, de l'interdiction pure et simple de commercialiser les appareils non conformes, voire de l'obligation faite au fabricant ou à l'importateur de retirer du marché les produits incriminés.
Le R.S.I.L
Mesures sur les 2 phases, pour les normes CISPR 16, VDE 0876, STD- 462.
Impédance du réseau: 50 ohms // (50uH + 5 ohms) ou 50 ohms//50 uH.2 X 16 A, 0....240 V / 0.... 63 Hz.Atténuateurs commutable 20 dB,
limiteur d'impulsions 130 dBuV,
filtre passe-haut 150 kHz, commutable.Main artificielle: 220 pF + 510 ohms.Livré avec cable 1m BNC/BNC et certificat
Fig 15 : Schéma de principe d’un RSIL monophasé
Fig 14 : Impédance de mode commun du RSIL monophasé
Fig 16 : Principe de la mesure des perturbations
Utilisation du RSIL en EST
Lsil : Inductance de choc, pour bloquer des perturbations HF
Csil : Condensateur de liaison pour empêcher le passage du 50 Hz
Rsil : Résistance stabilisée de 50 Ohms
Dispositifs de mesure des perturbations conduites :
La Pince Absorbante
Capteur de courant passif
Principe du transformateur de courant
Pour f > 30 MHz
Pour certaines normes
Fig 19 : Schéma de principe de la Pince absorbante
La mise en œuvre de la pince absorbante
La Pince Absorbante RF 400
Dispositifs de mesure des perturbations conduites :
Le Capteur de Courant
Fig 21 : Modèle du transformateur de courant
Fig 22 : Fonction de transfert du transformateur de courant
Dispositifs de mesure des perturbations rayonnées :
Champs proches Champs lointainsDistance < / 2 > / 2
Ondes planesRapport E/H Impédance d’onde constante = 377
mesurer E ou HGain G = densité de puissance maximale rayonnée dans une direction / densité de puissance maximale rayonnée par une antenne isotropeFacteur d’antenne Fa = 20 log (E/U)G et Fa = f (fréquence)
Voir champ électromagnétique
Voir le glossaire
Les Antennes :
Elles sont adaptées à :
la bande de fréquence
la nature du champ à mesurer
Bande A : (10 kHz .. 150 kHz)
Champ H : antenne de type boucle
Bande B : (150 kHz .. 30 MHz)
Champ H : antenne de type boucle
Champ E : antenne de type fouet
Bande C : (30 MHz .. 300 MHz)
Bi-conique BDA-20/300
Bande D : (300 MHz .. 1000 MHz)
Log-périodique LPA-200/1800
RF 100: jeu de sondes de proximité
Dispositifs de mesure des perturbations : Analyseur de spectre
SA 1000Analyseur de Spectre 10 kHz à 1,1 GHz,
piloté par PC, cœur du système de mesure
Fig 27 : Schéma de principe d’un Analyseur de spectre
Fig 28 : Signal mesuré en bande étroite ou large
Filtre d’analyse : Pas stable instantanément
Si la largeur du filtre diminue
Alors la vitesse de balayage diminue
Fig 29 : Niveau de sortie des différents détecteurs en fonction de la fréquence du perturbateur
Travail étudiant :
Détecteur de crête Détecteur quasi-crête
La CEM : Décharge électrostatique
L'Etude de la D.E.S. (Décharge électrostatique)
La DES est un autre champ d'investigation pour les spécialistes de la CEM.
En maîtrisant mieux ce phénomène de triboélectricité, il est possible de prévenir nombre d'accidents. De plus, aujourd'hui, avec la miniaturisation de plus en plus croissante des circuits intégrés (aujourd'hui 0.18 microns), il devient nécessaire de comprendre tous ces phénomènes et de trouver des outils afin de protéger ces circuits contre une destruction dûe à une mauvaise manipulation des composants.
Décharges électrostatiques:
Ce sont des impulsions de courant parcourant un objet quelconque relié à la masse lors de son contact avec un autre objet présentant un potentiel élevé par rapport à cette même masse.
Caractéristiques:
• HF,
• temps de montée: environ 1 ns,
• Durée: environ 60 ns,
• Tension: de 2 à 15 kV, voire plus.
Origine: les décharges électrostatiques résultent de l'échange d'électrons entre les matériels ou entre le corps humain et les matériels. Ce phénomène est favorisé par la combinaison de matériaux synthétique et une atmosphère sèche.
Effet: du dysfonctionnement à la destruction.
Immunité aux décharges électrostatiques :
Objectif : Déterminer la susceptibilité de l’EST aux décharges électrostatiques au contact et dans l’air.
Ces décharges sont effectuées grâce à un pistolet à décharges électrostatiques : directement sur l’EST sur les plans de couplage.
Configuration d’essai de décharges directes au contact
Configuration d’essai de décharges indirectes au contact
Remarque : Quelquefois considéré comme un essai d’immunité conduite
Exemple de l’humain :
Peut se charger sous 8 kV
La décharge peut atteindre 20 A en 1 ns
L’humain est-il en danger ? sachant que son cœur supporte 5 Joules
Les émissions Conduites EST : Partie A Partie B
TP Filtres antiparasites
EMISSION CONDUITE
(Normes fondamentales : NF EN 55011 et NF EN 55022) La bande de fréquence est de 150KHz à 30MHz.
Les perturbations créées par le produit sont transmises par le câble d'alimentation. Leur niveau est mesuré sur un Réseau de Stabilisation d'Impédance de Ligne (R.S.I.L.) relié à un analyseur de spectre ou à un récepteur de mesure et comparé au niveau limite fixé par la norme.
Un réseau R.S.I.L. est indispensable pour garantir la valeur de l’impédance de ligne.
Configuration de mesure pour ce type d’essai : Cet essai peut être réalisé en cage.
Remarque : Des sondes de champ proche permettent d’effectuer des mesures d’investigation.
Les couplages par liaison directe
Les couplages par impédance commune
Travail étudiant :
Faire le croquis simplifié
Le couplage par impédance commune avec un ampli-op
Les émissions rayonnées La SRLB : dicomtech
TP Antennes
EMISSON RAYONNEE
(Normes fondamentales : NF EN 55011 et NF EN 55022)
En général ce type d’essais doit être réalisé sur un espace appelé « Site de champ libre ».C'est un espace extérieur dégagé de tout obstacle de réflexion et non perturbé.
Les essais d’émissions rayonnées peuvent également être réalisés en cage « semi-anéchoïde ». Cet environnement présente l’avantage de placer le produit à tester dans un milieu exempt de tous rayonnements parasites, ce qui n’est pas le cas du site de mesure en champ libre.
Configuration de mesure pour ce type d’essai :
Les perturbations rayonnées sont émises par le produit. Leur niveau est mesuré dans une bande de fréquence (30MHz à 1GHz) et à une distance définies par la norme appliquée.
Cette mesure permet, par comparaison avec le niveau limite admis par la norme, de constater la conformité ou non du produit par rapport à cette norme.
Remarque : En cage semi-anéchoïque peuvent se produire certaines réflexions parasites qui gênent la mesure du rayonnement du produit.
Couplage capacitif
Couplage inductif
Champ électromagnétique
Les couplages en champ lointain
Figure 9 : Couplage champ magnétique à câble en mode commun
Figure 10 : Couplage champ magnétique à câble en mode différentiel
Figure 11 : Couplage champ électrique à câble en mode commun
Les couplages en champ proche
Ces couplages en champ électrique ou magnétique peuvent être représentés respectivement par des liaisons capacitives ou des inductances mutuelles.Si ces couplages interviennent sur des connexions électriques
couplage câble à câble ou diaphonie capacitive ou inductive
La Compatibilité Electro-Magnétique
Immunité rayonnée La SRLB : dicomtech
TP Susceptibilité
EMS rayonnées page 1
Chambre anéchoïque : cage de Faraday avec toutes les parois recouvertes d’absorbant hyperfréquence.
Chambre semi-anéchoïque : cage de Faraday avec toutes les parois (sauf le plancher)recouvertes d’absorbant hyperfréquence.
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IMMUNITE RAYONNEE
La norme indique : La méthode de mesure Les gammes de fréquence à tester Les niveaux de puissance du champ électrique et sa forme (modulation) La tolérance exigée
(Normes fondamentales : CEI 801-3, NF EN 61000-4-3 et CEI 1000-4-3)
Le produit sous test est soumis à un champ électromagnétique qui est émis par une antenne.
Les signaux sont émis dans une plage de fréquence (27MHz à 1GHz) définie par la norme appliquée.
Le niveau du champ est mesuré afin de s’assurer qu’il est conforme à la norme concernée.
Deux
configurations :avec calibration et avec asservissement.
Configuration de mesure pour le type d’essai avec asservissement :
Pour chacune des fréquences balayées le dispositif d’asservissement ajuste le niveau de puissance envoyé sur l’antenne émettrice afin que le mesureur de champ affiche la consigne choisie (3V/m par exemple).
TP Susceptibilité :
Perturbation des circuits analogiques Perturbation des circuits numériques
Protection contre les perturbations électromagnétiques
Réduction des perturbations
Transformateur d'isolement: CEM : 1-
Transfo
Transformateur non blindé Transformateur blindé
Couplage indésirable des signaux asymétriquesCapacité parasite de couplage = qq 100 pF à 2 nF
Capacité parasite de couplage = qq pF
Remarque : Ce blindage était très utilisé dans les montages à lampes il y a 50 ans.
Des raisons d’économie ont fait diminuer son utilisation.
Aujourd’hui, la CEM permet son « come back »
Découplage par transformateur d'isolement:
Le transformateur assure un bon isolement galvanique en BF seulement.
En HF, il faut prévoir un transformateur double écran qui bloque les courants de mode commun vers les masses.
Protection contre les perturbations électromagnétiques
Réduction des perturbations
Equipotentialité BF et HF:
CEM : 2-Equi
Equipotentialité BF et HF:
Le niveau de CEM dans un équipement est lié aux couplages entre les circuits, ces couplages étant eux-mêmes directement fonction des impédances entre ces circuits.
Les conducteurs utilisés et leur mise en œuvre sont donc prépondérants dans le comportement électromagnétique de l'installation.
L'équipotentialité BF et HF des masses est une règle d'or en CEM:
• équipotentialité BF et HF du site par un maillage spécifique adapté,
• équipotentialité BF et HF locale par un maillage de toutes les masses et si nécessaire la réalisation d'un plan de masse spécifique adapté, etc.,
• réaliser un maillage rigoureux de toutes les structures métalliques: bâtis, châssis, conducteurs de masse... entre eux,
Les connexions seront directes (sans conducteur) par liaisons boulonnées, par tresse métallique ou toute autre liaison large et courte.
Choix des connexions de masse Interconnexion systématique de toutes les structures métalliques
Choisir, si possible, L / d < 5Il faut multiplier les liaisons équipotentielles
Protection contre les perturbations électromagnétiques
Réduction des perturbations
Mise en œuvre des câbles : CEM :
3-Câble 1
Mise en œuvre des câbles:
• Ne jamais faire cohabiter des signaux de classes sensibles et perturbateurs dans un même câble ou toron de conducteurs,
• Réduire au maximum la longueur de cheminement parallèle de câbles véhiculant des signaux de classes différentes,
• L'utilisation de câbles blindés permet la cohabitation de câbles véhiculant des signaux de classe différente dans une même goulotte.
• Faire croiser à angle droit des signaux véhiculant des signaux de classe différente.
• Tout conducteur libre ou non utilisé d'un câble doit être systématiquement relié à la masse aux 2 extrémités.
Classification des signaux par type de perturbation:
Positionnement des câbles:
Réduction des perturbations
Les règles de câblage :
CEM : 3-Câble 2
Risque de diaphonie en mode commun si e < 3hPlaquer les câbles contre le plan de masse
Eloigner les câbles incompatibles
Répartition des câbles dans une tabletteDalle :
Dalle marine :Atténuation de 30 dBOn peut mettre des colliers pour plaquer les câblesDalle pleine : Atténuation de 50 dB mais Le câble est difficile à plaquer
Signaux incompatibles : câbles et torons différents
La ségrégation doit s’appliquer aux raccordements
Chemin de câbles métalliques
Réduction des perturbations
Impédance d’un conducteur en HF CEM :
3-Câble 3
Réduction des perturbations
Le raccordement des blindages CEM :
3-Câble 4
Au sujet des blindages:
La mise en œuvre des blindages
Blindage mal raccordé perte d’efficacité
Une bonne solution est d'utiliser un blindage double :
le blindage intérieur étant relié à une extrémité et le blindage extérieur aux 2 extrémités.
Protection contre les perturbations électromagnétiques
Filtres:
Ils ont pour fonction de laisser passer les signaux utiles et de supprimer la partie indésirable du signal transmis.
Ils protègent le réseau d'alimentation des perturbations générées par l'équipement alimenté.
Ils protègent également l'équipement des perturbations venant du réseau d'alimentation.
Réduction des perturbations
Filtres secteurs
CEM : 4-Filtre
Forme générale d’un filtre antiparasite
Technologie des inductances à flux soustractifs
Fig 11 : Bobine à flux soustractif
Fig 12 :
Représentation équivalente
La mise en œuvre des filtres
Compléments technologiques
Efficacité des filtres : dépend de leur implantation et des éléments les constituant.
Points importants :
Inductance parasite des condensateurs
Capacité parasite des inductances
Couplages Entrée/Sortie (capacitif ou inductif)
Impédance de connexion à la masse
Ordre de grandeur des éléments :
Capacités : quelques 10 pF
Inductances : quelques nH
Choix technologiques à effectuer :
Blindage du filtre Réduction du couplage Entrée/SortieBlindage fixé sur la masse de référence de l’équipement
Réduction de Z
Condensateurs peu inductifs Condensateurs de traverséeRéduction du nombre de spires des inductances de filtrage
Réduction de la capacité parasite des inductances
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Réduction des perturbations
Perle de ferrite
CEM : 4-Ferrite
Perle de ferrite réelle Evolution des éléments avec la fréquence
Ferrite plus efficace quand Z est plus élevée
Protection contre les perturbations électromagnétiques
Réduction des perturbations
Conception des circuits imprimés CEM :
5-CI 1
Manipulation sur carte expérimentale
Couplage capacitif
Couplages par impedance communepar la charge
par la masse découplage nuisible
Points de masse
Couplage inductifPar courant de découplage
Par le courant d'un circuit voisin
synchronisation inopinée
Couplage inductif entre signaux logiques
Entrées logiques non connectées
Couplage électromagnétique
Carte de référenceEffet du plan de masse
Réduction des perturbations
Manipulation sur carte expérimentale CEM :
5-CI 2
INFLUENCE DU TRACE DES CIRCUITS IMPRIMES SUR LE COMPORTEMENT DES MONTAGES
copyright Jacques Cuvillier 1998Le texte, les dessins, les schémas et plans de câblage sont protégés au même titre. L'auteur accueillera avec reconnaissance toute proposition permettant d'apporter des rectifications, des extensions ou des améliorations.
Le CRTTI de Nantes possède le droit exclusif de reproduire le circuit imprimé
et de fabriquer et distribuer le matériel expérimental.Pour vous le procurer - à prix modique - contactez : [email protected]
Réduction des perturbations
Manipulation sur carte expérimentale CEM :
5-CI 3
Générateur de signaux utilisant le NE555 :
Schéma de l'amplificateur :
Générateur de signaux carrés et bascule RS :
Réduction des perturbations
CEM et Routage des cartes imprimées CEM :
5-CI 5
Résumé :
1- Utiliser des pistes aussi fines que possible, proches les unes des autres plutôt que les unes sur les autres (en circuit double face)
2- Faire une implantation où chaque piste de signal a sa piste de retour de signal aussi près que possible (signaux utiles et alimentation)
3- Si le couplage entre 2conducteurs d'une ligne de transmission est insuffisant, l'accroître avec des tores de ferrite par exemple
4- Définir une seule ligne de transmission entre 2 blocs de circuits en utilisant le bon découplage pour chaque CI
5- Utiliser des circuits multicouches quand on emploie de la logique rapide
6- Une ligne de transmission est adaptée du côté du driver. Si la longueur des pistes est grande, un circuit RC devra la fermer
7- Surface max d'une boucle = f (fréquence d'horloge, famille logique, nombre de boucles)
8- Concevoir le circuit imprimé pour limiter les ddp pouvant exciter un câble de liaison qui ferait antenne
9- Placer les connecteurs afin d'éviter que des courants se propagent sur les autres pistes
10- Donner un bon connecteur à un bon câble à écran
11- Créer des "by-pass" pour les courants qui n'appartiennent pas aux signaux considérés
12- Choisir la famille logique la mieux adaptée pour limiter la bande passante des signaux utiles
Règles d'or pour réduire les rayonnements radio-fréquences :
La Compatibilité Electro-Magnétique
Protection contre les perturbations électromagnétiques
Les parasurtenseurs ou modules antiparasites bobines:
Protection contre les perturbations électromagnétiques
Réduction des perturbations
Enveloppes métalliques CEM : 7-
Enveloppe 1
La réalisation d’une enveloppe conductrice (blindage) autour des équipements sensibles assure une protection contre les champs électromagnétiques.
L’épaisseur du matériau conducteur doit dépasser la valeur de son épaisseur de peau aux fréquences mises en jeu.
un vernis conducteur est efficace pour une perturbation très haute fréquence ou pour un champ électrique.
pour un champ magnétique en BF, une enveloppe en matériau à forte perméabilité est nécessaire.
Le blindage doit comporter des ouvertures pour :permettre la circulation d’air nécessaire au refroidissement (radiateurs, etc )permettre le passage des câbles (entrées, sorties, alimentation, etc )
Ces ouvertures doivent être de faible dimension par rapport à la longueur d’onde des perturbations émises.
L’efficacité S d’un blindage en dB est donné par la relation :
S = 10 * log(P2/P1) = A + B + R
P1 est la puissance transportée par l’onde à l’entrée de l’écran
P2 est la puissance transportée par l’onde à la sortie de l’écran
A est l’atténuation due à l’absorption par l’écran
B est un facteur de correction (dB)
R est l’atténuation due à la réflexion de P1 sur l’écran et à l’intérieur de l’écran (dB)
Cas particulier (EST) :
Pour une boite en acier galvanisé, ajourée, de 1 mm, S A = 40 dB
Correspondance longueur d'onde dans l'air / fréquence
Spectre électromagnétiqueOn utilise parfois la longueur d'onde, le plus simple est de dresser un tableau de correspondance puisque la fréquence et la longueur d'onde sont simplement inversement proportionnels. lm = 300 / FMHz
Fréquence (en Hz) Longueur d'onde (en m)104 Ondes radio 104
105 BF 103
106 MF 102
107 HF 101
108 VHF 100
109 UHF 10-1
1010 Micro-Ondes 10-2
1011 10-3
1012 Infrarouge 10-4
1013 10-5
1014 Lumière visible 10-6
1015 10-7
