Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Bonjour !
Cours CEM Formation FEE 2008-2009
Au programme aujourd’hui
Couplage des perturbations
classifications
couplage par conduction
couplage capacitif
couplage inductif
rayonnement lointain
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Couplage des perturbations
Le couplage d'une source à une victime se fait de 2 manières
couplage par conduction électrique (ou par impédance commune)
fils reliant les capteurs, les commandes ou les alimentations à la « victime »
couplage par rayonnement électromagnétique
se manifestant par un champ magnétique et un champ électrique associés
agissant sur une antenne, à travers les ouvertures des blindages, ou sur les fils extérieurs
se propageant ensuite dans la « victime » par conduction
Couplage
Conduction Rayonnement
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Couplage des perturbations
Le couplage par rayonnement diffère selon la distance
champ lointain
effet d’antenne
champ proche
couplage inductif
couplage capacitif
Couplage
Conduction Rayonnement
Champ proche Champ lointain
Capacitif
Inductif
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Couplage des perturbations
Ces différents modes de couplage agissent simultanément
le classement par modes de couplage facilite la compréhension et l’analyse
Tous ces couplages n’existent qu’en régime impulsionnel ou sinusoïdal
Seul le couplage par conduction existe également en courant continu (DC)
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Couplage des perturbations
Les courants ont deux modes de propagation dans les circuits bifilaires
mode différentiel
le courant se propage sur l’un des conducteurs, passe à travers l’appareil, et revient à la source par un autre conducteur
c’est le mode normal de fonctionnement d’une liaison électrique
il est difficile de filtrer une perturbation en mode différentielle si le signal utile est aussi rapide que la perturbation
il faut donc éviter que ce mode de couplage puisse se produire
ce mode de couplage se produit par exemple
lorsque la perturbation est superposée à une alimentation (harmoniques)
lorsque la perturbation crée un courant supplémentaire dans la boucle
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Couplage des perturbations
Les courants ont deux modes de propagation dans les circuits bifilaires
mode commun
le courant se propage sur tous les conducteurs dans le même sens et revient par la masse, par exemple via les capacités parasites
c’est le cas le plus fréquent de transmission des perturbations
par exemple pour les câbles, car le fil de signal et le fil de retour sont proches et reçoivent la même perturbation
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Couplage par les câbles
Les perturbations captées par un fil sont conduites à l’intérieur de l’appareil
Couplage par impédance commune
Ce couplage est réalisé par une impédance commune Z
au circuit coupable
au circuit victime
Pour réduire cette action, on peut
diminuer la tension parasite
diminuer l’impédance commune
Le couplage est dû à la présence d’un circuit commun entre différents appareils
le circuit d’alimentation
le circuit de masse
le réseau de protection PE, PEN
Couplage par conduction
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Couplage par conduction
Exemple
2 équipements partagent la même alimentation avec mise à masse
un courant perturbateur circule dans le câble PE de mise à masse
l’origine peut être
un courant à 50 Hz dû à un défaut d’isolement ou à des capacités parasites
un coup de foudre
une décharge électrostatique ou une impulsion à haute fréquence
le câble PE a une impédance non nulle (inductance de 1µH/m)
les deux équipements sont soumis à une différence de potentiel UA-UB indésirable
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Couplage par rayonnement
Les perturbations rayonnées sont
véhiculées par le milieu ambiant
transmises par couplage inductif ou capacitif
Couplage inductif
un courant électrique circulant dans un conducteur crée un champ magnétique qui rayonne autour de lui
toute boucle formée par un conducteur électrique soumise à ce champ magnétique voit apparaître une tension induite U à ses bornes
la tension induite est d’autant plus élevée que la fréquence augmente
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Couplage par rayonnement
Les perturbations rayonnées sont
véhiculées par le milieu ambiant
transmises par couplage inductif ou capacitif
Couplage capacitif
une tension électrique appliquée entre un circuit électrique (câble, composant, …) et un autre circuit proche ou éloigné crée un champ électrique qui rayonne autour de lui
ce champ électrique génère un courant entre ces 2 circuits
l’ensemble se comporte comme un condensateur, appelé capacité parasite
le courant capacitif est d’autant plus élevé que la fréquence augmente
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Couplage par rayonnement
Un conducteur parcouru par un courant alternatif génère un rayonnement électromagnétique
composé d’un champ électrique E et d’un champ magnétique H
dont les directions sont perpendiculaires
Un conducteur soumis à un champ électromagnétique reçoit une énergie électrique
c’est le principe de l’antenne
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Couplage par rayonnement
A faible distance, les champs magnétique et inductif agissent séparément
A grande distance, les champs magnétique et inductif agissent ensemble (antenne)
La limite dépend de la longueur d’onde, donc de la fréquence de la perturbation
distance limite : où
dans l’air, v = 300’000 km/s, donc : [m]
fréquence [MHz]
limite [m]
1 ~50
30 ~1,6
100 ~0,5
300 ~16
1’000 ~0,05
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Couplage inductif
Un courant variable circulant dans un conducteur génère un champ magnétique variable autour dudit conducteur
Le champ magnétique variable qui traverse un circuit fermé
induit une tension dans cette boucle
mode différentiel
le circuit peut être formé de
2 conducteurs transportant un signal
mode commun
ce peut être aussi 1 conducteur et la masse
le couplage (l’inductance mutuelle) dépend
de la surface
de l’orientation de la boucle « victime »
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Couplage inductif
Pour réduire cette action, on peut
diminuer le courant émetteur
diminuer le couplage (réduction de surface)
torsader les paires aller-retour
i
+ - +
+Ui -Ui
0.0
U
iR
iR
LU
VR
SU
SM
SVLs
Lv
S
U
P= j ω M
SVI
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Un couplage capacitif existe entre un circuit électrique et un circuit proche
par exemple
2 conducteurs électriques
le primaire et le secondaire d’un transformateur
une différence de tension variable entre ces deux circuits va générer un courant électrique de l’un vers l’autre à travers la capacité parasite
en régime impulsionnel :
en régime sinusoïdal :
ce courant parasite est d’autant plus élevé que la fréquence de la tension est élevée
totalement négligeables en 50 Hz, ce couplage a une importance perturbatrice considérable en haute fréquence
Couplage capacitif
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Couplage capacitif
La tension parasite Up existant entre une carte électronique et la masse (châssis) génère un courant entre eux par l’intermédiaire de la capacité parasite Cp
circulant dans les circuits de la carte, ce courant peut provoquer des dysfonctionnements
Le couplage capacitif entre électronique et châssis est appelé « effet de main »
la carte fonctionne lorsque personne ne s’en approche
des perturbations apparaissent et augmentent lorsqu’on approche la main
la capacité parasite augmente lorsque la distance diminue
ces perturbations disparaissent dès que la main touche la masse
dès qu’elle est à la masse, la main fait écran
pour réduire l’effet
diminuer la tension parasite en raccordant le circuit principal de la carte au châssis
protéger la carte par un écran (blindage)
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Exercices
Exercice 3.1
dans un convertisseur de puissance, une piste de circuit imprimé en cuivre a une largeur de 1 mm et une épaisseur de 35 µm. Sur une distance de 10 cm, elle est parcourue par le courant d’un transistor de puissance.
le transistor commute un courant de 10 A à 16 kHz. Le taux d’enclenchement est de 25%. Les temps de montée et de descente est de 50 ns.
Calculer et représenter la tension qui apparaît sur cette piste
Exercice 3.2
2 câbles (diamètre 4 mm) cheminent au sol et sont en parallèle sur 1 m l’armature de la dalle, mise à terre, se trouve à 15 cm sous la surface
l’ouverture d’un contact provoque un transitoire de 20 A dans un des conducteurs, avec un temps de montée de 5 ns
quelle est la perturbation dans l’autre conducteur s’il est distant de 10 cm du premier ?
