Les composants réels. département GEii-1 Electrotechnique, Electronique de puissance

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Thérèse Grondin
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1 Les composants réels IUT-1 département GEii-1 Electrotechnique, Electronique de puissance

2 Généralités Les phénomènes CEM sont dus a des éléments «parasites» Capacité entre 2 pistes, piste châssis, Aux impédances communes causée par l inductance des pistes (fils) Ils interviennent dans des gammes de fréquences élevées. Les composants (condensateurs, inductance, transformateurs, connectique) comportent aussi des éléments parasites. Il faut utiliser un modèle représentant ces éléments parasites.

3 Le condensateur Tout condensateur présente au minimum une inductance et une résistance série: ESL: Equivalent Series Inductance, ESR: Equivalent Series Resistance La connectique est importante ESR ESL C Schéma équivalent le plus simple Câblage à faible inductance série / à plus forte inductance série

Resistance La connectique est importante ESR ESL C Schéma équivalent le

4 Les condensateurs La technologie choisie est inportante Polypropylène, plastique ou céramique présentent une inductance série faible. Le schéma précédant est valable jusqu à environ 50 Mhz avec fr autour de 5 MHz. Les électrolytiques présentent une ESL plus élevée (qq dizaines de nh). Fr qq centaines de khz Z 2π.. j. f i argz 2π.. j. f π i f i f i Condensateur céramique 1µF, 400 V. ESL = 3 nh, ESR = 1 mω, C = 1 µf

Les électrolytiques présentent une ESL plus élevée (qq dizaines de nh). Fr qq centaines de khz Z 2π.. j. f i 110 4 110 3 180. argz 2π.

5 Les inductances Une inductance est une source dynamique de courant, mais il faut aussi tenir compte: Des capacités interspires, L Des pertes (magnétiques, courant de foucault..) Des variations de l inductance ou de la résistance série en fonction de la fréquence (effet de peau) Ci R

.) Des variations de l inductance ou de la résistance série en fonction de la fréquence (effet

6 Les inductances Prise en compte des pertes magnétique. Variation de la résistance et de l inductance en fonction de la fréquence Schéma complet L1 L1 R1 R1 Ci Rf L L2 Ci L2 R R2 Basse Fréquence Haute Fréquence R2 Rf

fonction de la fréquence Schéma complet L1 L1 R1 R1

7 Les transformateurs Le modèle équivalent et la superposition du modèle classique (magnétique) et d un modèle électrostatique) faisant intervenir les capacités «parasites». η R1, Lf R2 RF//Lm

8 Les connexions Aux fréquences utilisées en CEM, les connexions (fils ou pistes) ne peuvent pas être considérées d impédance nulle. Le modèle équivalent utilise: Une résistance (effet de peau) Une inductance et des couplages mutuels avec l environnement Une capacité parasite avec le plan de référence

Le modèle équivalent utilise: Une résistance (effet de peau) Une

9 Calcul des capacités Condensateur plan: C = ε.s/e ε=ε o.ε r ε 0 =1/36π.10-9 Capacité de mode commun t h w ε Piste Diélectrique r π + + π + ε ε m F / h w * 2 1 Ln 1 2 h w C r 0 Capacités entre pistes. h ε Plan de masse Diélectrique r + + π + ε ε m F / h * 2 1 Ln 1 h C r 0 W1 W2 t d m F/ t w2 1 t w1 1 d Ln 2 C π ε π

w * 2 1 Ln 1 2 h w C r 0 Capacités entre pistes.

10 Inductances En distribution électrique à 50Hz on considère: 0,08mΩ/m pour un câble triphasé 0,12mΩ/m par un câble monoconducteur En CEM on considère 1µH/m pour un fil, ce qui se traduit par 10nH/cm pour une piste sur un circuit imprimé. Cette approche ne prend pas en compte la largeur des pistes, leur disposition et la présence d un plan de masse. Elle reste très approximative.

par 10nH/cm pour une piste sur un circuit imprimé.

11 Calcul de l inductance partielle. Pour calculer la contribution inductive d'un conducteur à une boucle donnée, le concept le plus puissant est celui de l'inductance partielle. Il permet d'attribuer à chaque portion d'un circuit, une part de l'inductance de la boucle, ainsi que des couplages avec les autres éléments partiels. L = φ/i I L = ΣLp + ΣMp

le plus puissant est celui de l'inductance partielle.

12 Calcul de l inductance partielle. Conducteur cylindrique L rond 2l ln 4l d Conducteur rectangulaire L rect 2l ln 2l a + b ,2235 (a + b) l Mutuelle entre 2 segments parallèles. Mp 2 l ln 2 l 1 r Câble coaxial Les dimensions sont exprimées en cm pour une inductance en nh L = µ.ln 2. π ( R2 ) H / m R1

2l ln 2l a + b + 1 2 + 0,2235 (a + b) l Mutuelle entre 2 segments parallèles.

13 Inductance partielle à section donnée, l'inductance est d'autant plus faible que le rapport des dimensions est grand (il vaut mieux utiliser une plaque qu'un fil cylindrique - section carrée- pour obtenir des inductances de câblage faibles, d'où la notion de plan de masse) plus la section est importante, plus l'inductance est faible. La bonne utilisation des mutuelles peut réduire considérablement l inductance partielle (cyclique) L augmentation de la fréquence conduit a la diminution des inductances partielles a cause de l effet de peau

masse) plus la section est importante, plus l'inductance est faible.

14 Plan de masse L utilisation d un plan conducteur sous les pistes de circuit imprimé diminue grandement l inductance partielle des pistes: Circuit imprimé (plan de masse à 1,5 mm des pistes) Technologie "Substrat Métallique Isolé«en électronique de puissance (le substrat d'aluminium est placé 70 mm sous les pistes sert de radiateur) L (nh) 50 SMI Circuit Imprimé L (nh) Distance au plan de masse (mm)

"Substrat Métallique Isolé«en électronique de puissance (le substrat d'aluminium est placé 70 mm sous

15 Plan de masse Méthode des images Le problème d un conducteur situé à une distance d d'un plan de masse peut être remplacé par celui de deux conducteurs, distants de 2d, dont les effets s'opposent. Pour obtenir l'inductance partielle d'un segment au-dessus d'un plan de masse, il faut retrancher la mutuelle partielle entre ce segment et son image. d 2*d

16 Plan de masse Méthode des images Cette méthode s applique aussi aux mutuelles. Pour obtenir la mutuelle partielle entre un segment S1 sur un plan de masse et un autre segment S2, il faut retrancher la mutuelle partielle entre S2 et l'image de S1. L1 L1 L1-M13 L2 M12 L2 M14 M12-M14 L2-M24

Pour obtenir la mutuelle partielle entre un segment S1 sur un plan de

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