Les chemins des perturbations ou couplage. département GEii-1

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

2 Couplage 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. I0 Z1 Z3 V Système 2 Z2 V1 Système 1 Système 0 V0 Z4

3 Couplage 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.

4 Remèdes 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 alimentations 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. Système 0 Z0 Système 1 Z1 Z2 Système 2

5 Remèdes 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 chaque étage) Etage bruyant Etage bas niveau

6 Remèdes 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)

7 Exemple Alimentation des circuits intégrés

8 Remèdes 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

9 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

10 Mode commun mode différentiel Mode Commun Les courants se referment par la terre et parcourent les liaisons dans le même sens. Mode différentiel Les courants se referment par les liaisons en sens opposé

11 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. 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.

12 Diaphonie La diaphonie peut être: Inductive (di(t)/dt) Capacitive dv(t)/dt

13 Diaphonie inductive C'est le cas de figure de deux fils proches, un coupable, parcouru par un fort di/dt, et une victime, subissant la tension M.di/dt Vg Rg ip M Lp Lv Vinduit R faible Rne Rfe Paradiaphonie (near end) Telediaphonie (far end)

14 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.

15 Diaphonie capacitive C'est le cas de figure de deux fils proches, un coupable, parcouru par un fort dv/dt, et une victime, subissant le courant C.dv/dt Vg Rg très faible Rne Vv C12 Cvg Rfe R très grand Paradiaphonie (near end) Telediaphonie (far end)

16 Remèdes a la diaphonie capacitive Diminuer la capacité de couplage: Éloignement des conducteurs, Blindage Filtrage 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

17 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. Iinduit Iinduit Rne Vinduit Icapa Rfe Near end Far end

18 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. dh Si cette hypothèse est respectée, alors: e = µ 0. S. dt E Syst. 1 L Syst. 2 H Surface S

19 Couplage champ à boucle Couplage par champ H En mode commun En mode différentiel

20 Couplage champ à boucle Parc champ E En mode commun

21 Exemple

22 Electronique de puissance Conception de la partie puissance Limiter les inductances de câblage Interaction puissance commande 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.

23 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. 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.

24 Exemple

25 Exemple

26 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. 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

27 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. Des surtensions importantes peuvent apparaître entre l écran et la masse du coté isolé. Illégal si le câble est entre deux bâtiments. Umc

28 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 écran Le courant qui circule dans le blindage peut entraîner une induction en mode différentiel dans la paire.

29 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 capacitive sera évacué par ce court-circuit plutôt que par les capacités parasites C12, Cb.. Rg faible C12 Vg Cb R grand Rne Cvg Rfe Vv

30 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. Tôle de référence âme blindage

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

32 Raccordement des blindage. La reprise de blindage doit être faite sur 360 pour les câbles ou sur la totalité du périmètre pour les connecteurs. On fixe la reprise au châssis métallique ou au plan de masse à l'aide d'un collier ou d une bride à ressort

33 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 ouvertures L'efficacité d'un blindage est fortement dégradée par les ouvertures qui y sont pratiquées, 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