CEM couplage

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Les chemins des perturbations ou couplage IUT-1 IUT-1 département GEii-1

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Les chemins des perturbations ou couplage

IUT-1 IUT-1 département GEii-1

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CEM :dep GEii-1Couplage par impédance commune.

� C'est un des modes de couplage le plus fréquent, qui intervient en basse ou en haute fréquence. Plusieurs circuits se partagent une même portion de circuit; l'impédance de celle-ci n'étant pas nulle (résistance, inductance), une chute de tension est occasionnée chaque fois qu'un courant circule. Cette chute de tension est vue par les deux circuits.tension est vue par les deux circuits.

Système 1 Système 0

Z1

Z2 Z4

Z3

V1 V0

I0

VSystème 2

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CEM :dep GEii-1Couplage par impédance commune.

� En électronique, cet effet se ressent principalement sur les pistes de masse

� Tout "bruit" sur la masse se traduit alors par un effet sur le traitement des signaux utiles.

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CEM :dep GEii-1Remèdes au couplage par impédance commune.

� Séparer les alimentations (câblage en étoile)– On ne limite pas l’autoperturbation– La longueur des conducteurs n’est pas minimale– Surface de boucle importante entre conducteurs signaux et

alimentationsalimentations

Système 0

Système 2

Système 1

Z0

Z1

Z2

Très utilisée en distribution électrique:Un équipement sensible et un équipement perturbateur ont deux alimentations séparées par des impédances importantes aux fréquences perturbatrices.Les transformateurs sont des séparateurs efficaces.

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CEM :dep GEii-1Remèdes au couplage par impédance commune.

� Cartes électroniques analogiques.� Lorsque les systèmes doivent échanger des signaux

(analogiques), leurs alimentations ne doivent pas présenter de différence de potentiel.

� On doit chaîner l’alimentation des circuits a partir de l’étage le plus bruyant. (découplage au niveau de l’étage le plus bruyant. (découplage au niveau de chaque étage)

Etage bruyant Etage bas niveau

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CEM :dep GEii-1Remèdes au couplage par impédance commune.

� Diminuer les impédances de câblages:– Diminuer la longueur des conducteurs

d’alimentation.– Découplage des alimentations des circuits– Rapprocher l’un de l’autre les conducteurs + et –

d’une alimentation (effet de mutuelle).– Utiliser une alimentation par plan. (Attention, une

fente dans un plan se traduit par une inductance et réduit a néant l’effet escompté)

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Exemple

Alimentation des circuits intégrés

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CEM :dep GEii-1Remèdes au couplage par impédance commune

� Pour éviter les perturbations par impédance commune dans un circuit de distribution, le réseau de terre doit être le plus équipotentiel possible.

� Le maillage devient indispensable

Maillage en volume, par un câblage le plus serré possible pour se rapprocher d’une cage de Faraday

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Câblage des terres

� Le câblage en étoile est à proscrire pour les terres. Le maillage par des liaisons équipotentielles à pour effet de réduire l’impédance équivalente entre les masses

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CEM :dep GEii-1 Mode commun – mode différentiel

� Mode Commun– Les courants se

referment par la terre et parcourent les liaisons dans le liaisons dans le même sens.

� Mode différentiel– Les courants se

referment par les liaisons en sens opposé

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Exemple de mode commun

� Dans un bras d’onduleur, on atteint des tensions de 660V en quelques ns.

� Il suffit donc d’une capacité parasite de 100 pF pour générer des courants de plusieurs centaines de mA. centaines de mA.

� Ce courant perturbateur va circuler dans le conducteur de référence de tension de l’électronique (circuit 0 V) et peut modifier des commandes (informations ou ordres), se superposer à des mesures sensibles, voire gêner d’autres exploitants en étant réinjecté sur le réseau de distribution publique.

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Diaphonie

� La diaphonie peut être:– Inductive (di(t)/dt)– Capacitive dV(t)/dt

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Diaphonie inductive

� C'est le cas de figure de deux fils proches, un coupable, parcouru par parcouru par un fort di/dt, et une victime, subissant la tension M.di/dt

ipRg

Vg

Vinduit

Rne Rfe

Lp

Lv

Paradiaphonie (near end) Telediaphonie (far end)

R faible

M

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CEM :dep GEii-1 Remèdes a la diaphonie inductive

� Diminuer la mutuelle– Écarter les conducteurs

– Blindage:Les câbles de mesure et de transmission de l’information doivent être à écran. L’écran sera relié à la masse.

– Pour la transmission de l’information, l’utilisation de paires torsadées diminue la surface de boucle et donc diminue la susceptibilité

– Sur circuit imprimé: plan de masse, pistes écran raccordées a la masse des 2 cotés.

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Diaphonie capacitive

� C'est le cas de figure de deux fils proches, un coupable, parcouru par parcouru par un fort dv/dt, et une victime, subissant le courant C.dv/dt

Rg très faible

Vg

RneRfe

Paradiaphonie (near end)

Telediaphonie (far end)

R très grand

Cvg

C12

Vv

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CEM :dep GEii-1 Remèdes a la diaphonie capacitive

� Diminuer la capacité de couplage:– Éloignement des conducteurs,– Blindage

� FiltrageSur circuit imprimé:� Sur circuit imprimé:– Diminuer la longueur commune ce qui conduit a

augmenter la densité de la carte (compact)– Utiliser des pistes écrans reliées a la masse

(notamment dans les nappes).– Plan de masse

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CEM :dep GEii-1 Combinaison des deux diaphonies

� C'est le cas de figure de deux fils proches, dont la charge R du fil coupable est telle que les deux diaphonies précédentes sont excitées.

� On constate que côté "near end", les deux effets s'ajoutent, alors que côté "far end", ils se retranchent.

Rne RfeVinduit

Iinduit

Icapa

Iinduit

Near end Far end

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Couplage champ à boucle

� Une onde électromagnétique vient se coupler sur une boucle de surface S.

� La tension e induite dans cette boucle peut s'exprimer en fonction de la variation de flux capté par celle-ci à condition que le champ puisse être considéré comme uniforme sur toute la surface. Les dimensions de la boucle doivent être faibles devant la longueur d'onde λ.devant la longueur d'onde λ.

� Si cette hypothèse est respectée, alors:

E

H

L

Syst. 2Syst. 1

Surface S

dt

dHSe ..0µ=

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Couplage champ à boucle

� Couplage par champ H

– En mode commun

– En mode différentiel

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Couplage champ à boucle

� Parc champ E– En mode commun

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Exemple

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Electronique de puissance

� Conception de la partie puissance– Limiter les inductances de câblage

� Interaction puissance commande– Diaphonie inductive (diminuer les surface de – Diaphonie inductive (diminuer les surface de

boucle)– Diaphonie capacitive: Courant de mode commun

important – capacité parasite sur les SC.

� Impédances communes– Attention aux alimentations, inductance commune

entre la puissance et la commande rapprochée.

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Les autres perturbations

� Bande RF (150 kHz – 30 MHz)– Les fronts de tension sont à l'origine de mode

commun, – les appels de courant génèrent du mode

différentiel.différentiel.

� CEM rayonnée– C'est le mode commun qui rayonne le plus

(essentiellement dans les câbles d'alimentation et de charge).

– toute solution qui améliore le conduit va également dans le bon sens vis à vis du rayonné.

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Exemple

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Exemple

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câbles blindés

� L’écran d’une paire ou d’un toron blindé sert de protection contre les perturbations électromagnétique. Ils sont utilisés pour transmettre des signaux rapides, numériques ou de bas niveau.ou de bas niveau.

� Il est aussi possible de blinder les câbles de puissance pour limiter l’effet perturbateur. Par exemple pour limiter les perturbations de mode commun générés par les convertisseurs statiques

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Câbles blindés

� Raccordement à une seule extrémité– protège les conducteurs actifs des perturbations BF.– Ne pas utiliser en cas de liaison non isolée (0v relié a la

masse) afin de réduire la DDP– Pas de circulation de courant BF sur l’écran donc pas

d’induction en mode différentiel dans la paire.d’induction en mode différentiel dans la paire.– Des surtensions importantes peuvent apparaître entre

l’écran et la masse du coté isolé.– Illégal si le câble est entre deux bâtiments.

Umc

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Câbles blindés

� Raccordement aux deux extrémités (le plus utilisé).– Protège des perturbations HF.– Un courant peu circuler dans le blindage.– Pas de surtension.– L’impédance de transfert est une caractéristique importante d’un

écran. Plus elle est petite,meilleur est l’écranécran. Plus elle est petite,meilleur est l’écran– Le courant qui circule dans le blindage peut entraîner une induction

en mode différentiel dans la paire.

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CEM :dep GEii-1 Remèdes à la diaphonie capacitive

� Effet d'un blindage électrostatique pour réduire la diaphonie capacitive.

– Un blindage entourant un conducteur fait intervenir une capacité parasite supplémentaire entre blindage et conducteur protégé (Cb). Si on relie le blindage à la masse en un point, alors le courant généré par la diaphonie en un point, alors le courant généré par la diaphonie capacitive sera évacué par ce court-circuit plutôt que par les capacités parasites C12, Cb..

Rg faible

Vg

RneRfe

R grand

Cvg

C12

Vv

Cb

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Blindage

� En pratique l'âme destinée à transiter le signal doit sortir du blindage, et c'est à ce moment que les problèmes de diaphonie peuvent intervenir. Le blindage doit donc être relié à la tôle de référence qui blinde le produit de l'extérieur.qui blinde le produit de l'extérieur.

âme

Tôle de référence

blindage

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Le blindage

Les "queues de cochon" habituellementréalisées se comportent comme des antennes : l'inductance que présente une telle connexion réduit présente une telle connexion réduit – voire annule – l'efficacité du blindage du câble lui-même .

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CEM :dep GEii-1 Raccordement des blindage.

La reprise de blindage doit être faite sur360°pour les câbles ou sur la totalité duou sur la totalité dupérimètre pour les connecteurs.On fixe la reprise au châssis métalliqueou au plan de masse à l'aide d'un collierou d’une bride à ressort

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Efficacité d’un blindage

On évalue l'efficacité d'un blindage en mesurant l'atténuation (en dB) du champ électromagnétique qui règne dans l'équipement protégé par rapport au même équipement dépourvu de blindage.Blindage Haute fréquence : problème des ouverturesL'efficacité d'un blindage est fortement dégradée par les ouvertures qui y sont pratiquées,particulièrement les ouvertures en forme de fente.particulièrement les ouvertures en forme de fente.

Exemple ci-contre : ouverture pratiquée pour l'insertion d'un connecteur Sub-D 9 broches : l » 40 mm