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Dans les dispositifs électroniques, un filtre est généralement présent sur la ligne d'entrée CA. Cela s'explique par le fait que, pour les équipements électroniques intégrant une alimentation à découpage, la source principale d'interférences électromagnétiques (EMI) est l'alimentation elle-même. Les sources d'EMI sont diverses, incluant des phénomènes naturels tels que la foudre et le champ magnétique terrestre, ainsi que des sources artificielles telles que les moteurs, les technologies radiofréquence (RF) et les signaux numériques/analogiques, toutes pouvant générer des interférences. Les filtres constituent des composants indispensables pour empêcher la propagation de ces signaux parasites hors de l'appareil ou leur impact sur d'autres équipements électroniques à proximité. Cet article examinera les causes des interférences électromagnétiques et les mesures prises pour y remédier.
1- Types de signaux d'interférence et leur génération
Le bruit dans les appareils électroniques désigne des signaux électriques indésirables présents dans l'appareil. Il s'agit de perturbations de tension ou de courant inévitables. Si l'interférence est excessive, les phénomènes suivants peuvent survenir :
① Entendre un bruit dans les radios ou les appareils multimédias qui n'est pas lié à l'audio souhaité.
② Afficher des images déformées ou brouillées sur les écrans de télévision en dehors du contenu d'origine.
③ Les appareils numériques peuvent démarrer incorrectement ou ne pas fonctionner normalement.
④ Les équipements de communication peuvent être incapables de transmettre des signaux normaux.
⑤ D'autres effets qui perturbent le bon fonctionnement des appareils électroniques.
Pour ces raisons, les pays et régions ont établi des exigences et réglementations correspondantes pour les équipements électroniques, exigeant que les signaux d'interférence générés par ces appareils ne dépassent pas une certaine limite. Les fabricants sont tenus de contrôler les interférences électromagnétiques (EMI) générées par leurs produits afin de rester dans les limites spécifiées.
Ces dernières années, les appareils électroniques ont largement adopté les technologies numériques et de commutation. Dès qu'un produit utilise ces technologies, il génère inévitablement des signaux d'EMI. L'utilisation de filtres est un moyen efficace de maintenir ces interférences dans les limites réglementaires. Les limites d'interférence peuvent varier selon les pays ou régions, ce qui implique que les caractéristiques des filtres requis diffèrent également. Ci-dessous figurent des exemples de filtre de ligne d'alimentation utilisé en externe pour des équipements industriels et d'un filtre interne (inductance de mode commun, inductance de mode différentiel) installé à l'intérieur d'une alimentation électrique.
Figure 1 (Gauche) : Filtre de ligne industrielle externe
Figure 2 (Droite) : Filtre interne d'alimentation à découpage (inductance de mode commun)
Dans une alimentation à découpage, le transistor de commutation, la diode redresseuse haute fréquence et le transformateur de commutation génèrent des niveaux d'interférence plus élevés. Les formes d'onde de fonctionnement dans une alimentation à découpage sont généralement des ondes carrées ou triangulaires (ondes fondamentales). Ces formes d'onde contiennent des composantes hautes fréquences qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale. Lorsque ces formes d'onde haute fréquence se propagent vers l'extérieur, elles deviennent des signaux d'interférence.
En outre, la vitesse de commutation des transistors est extrêmement élevée. Par exemple, un courant de 2 A à 12 V peut être commuté ON/OFF à une fréquence d'environ 300 kHz. Comme le montre le schéma ci-dessous, durant l'état de transition de commutation, la variation du courant dans le temps (di/dt) est très élevée. Étant donné que l'inductance existe non seulement dans la bobine de l'inducteur, mais également sous forme d'inductance parasite sur le circuit imprimé (PCB), cette variation rapide du courant peut générer des signaux de tension perturbateurs qui interfèrent avec l'environnement proche ou d'autres composants électroniques. Ces signaux de perturbation ne se propagent pas uniquement par conduction le long des pistes du circuit imprimé, mais sont aussi rayonnés vers l'extérieur par ondes électromagnétiques et par les fils. La fréquence de cet EMI n'est pas fixe ; il existe de nombreux composants di/dt au sein d'un seul cycle de commutation, ce qui entraîne un large spectre de fréquences pour la tension de perturbation générée.
Figure 3 : Modèle de circuit équivalent
Figure 4 : Modèle de signal de tension perturbatrice
Figure 5 : Signal de tension perturbatrice
Figure 6 : Signal de courant d'interférence
Figure 7 : Modèle de courant de court-circuit lors de l'extinction de la diode
Non limité uniquement aux alimentations à découpage, nous pouvons classer de manière générale les endroits où l'interférence est générée dans un dispositif électronique selon le trajet tendue/courant. Comme indiqué sur le schéma ci-dessous, l'interférence générée en mode différentiel et en mode commun est respectivement appelée interférence en mode différentiel et interférence en mode commun.
Figure 8 : Schéma du modèle de signal d'interférence
L'interférence qui apparaît entre les conducteurs d'un câble d'alimentation CA, ou entre les bornes positive et négative d'une sortie CC, est une interférence en mode différentiel. En revanche, l'interférence en mode commun fait référence à la composante du signal d'interférence qui surgit entre n'importe quelle ligne du circuit et la ligne de masse (c'est-à-dire par rapport à la terre). Les interférences générées par les circuits d'alimentation sont presque toujours initialement en mode différentiel. Toutefois, lorsque ce signal en mode différentiel se propage vers d'autres circuits, son équilibre d'impédance par rapport à la masse peut être perturbé par des influences électromagnétiques ou électrostatiques, ce qui entraîne sa conversion en un signal en mode commun. Finalement, une grande partie de l'interférence devient en mode commun.
En outre, les signaux de perturbation externe qui pénètrent dans un équipement depuis l'environnement naturel sont généralement en mode commun, car leur apparition est presque toujours liée à la Terre (masse). De plus, lorsque la perturbation en mode commun pénètre dans un circuit, elle peut également être convertie en perturbation en mode différentiel dans diverses conditions et sous l'influence des composants, ce qui peut avoir un effet direct et néfaste sur le fonctionnement du circuit.
Dans les appareils électroniques ou les circuits électriques, il est nécessaire de prendre en compte et de mettre en œuvre des mesures contre les interférences en mode commun et en mode différentiel, qui sont totalement différentes par nature.
2- Mesures contre les interférences électromagnétiques
Du point de vue de la propagation du signal de perturbation, les interférences peuvent être classées en deux grandes catégories : les interférences conduites et les interférences rayonnées. Du point de vue des types de signaux de perturbation, on distingue les interférences en mode commun et les interférences en mode différentiel. Deux approches principales permettent de supprimer les signaux de perturbation :
① Empêcher la génération de signaux de perturbation.
② Bloquer, absorber ou éliminer la propagation des signaux de perturbation.
Les appareils électroniques modernes utilisent principalement des technologies d'alimentation à découpage et numériques. Les dispositifs utilisant ces technologies génèrent inévitablement des signaux de perturbation, difficiles à supprimer uniquement par des améliorations technologiques. Actuellement, la plupart des solutions se concentrent sur le blocage ou l'atténuation de la propagation des signaux de perturbation.
2.1 Utilisation de composants passifs pour bloquer (absorber ou éliminer) la conduction des signaux de perturbation, par exemple en combinant des inductances de mode commun, des inductances de mode différentiel, des condensateurs X et des condensateurs Y afin de supprimer les interférences conduites.
2.2 Utilisation d'inductances de puissance avec des perles en ferrite ou des structures de blindage magnétique pour empêcher la propagation externe des signaux de perturbation rayonnée.
Pour traiter les EMI conduites, Codaca offre une série d'inductances de mode commun pour lignes de signal (série SPRHS, série CSTP, série VSTCB, etc.), des inductances de mode commun pour lignes d'alimentation (série TCB, série SQH, série TCMB), ainsi que des inductances de mode différentiel (série SPRH, série PRD et autres inductances de puissance pouvant être utilisées comme inductances de mode différentiel). Ces inductances de mode commun et de mode différentiel aident les appareils électroniques à résister aux interférences électromagnétiques externes et empêchent également les appareils d'émettre des EMI générées en interne.
L'efficacité de la suppression des interférences est étroitement liée à l'impédance de la bobine. Veuillez vous référer aux tableaux de spécifications et aux graphiques des caractéristiques en fréquence pour plus de détails.
Tableau 1 : Caractéristiques des selfs d'inductance commune Codaca Tableau
Remarque : Ce tableau présente uniquement une sélection de modèles de bobines. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site officiel de Codaca.
Figure 9 : Graphique de la caractéristique impédance-fréquence pour les selfs d'inductance commune des lignes de signal
Figure 10 : Graphique de la caractéristique impédance-fréquence pour les selfs d'inductance commune des lignes d'alimentation
Pour les solutions contre les EMI rayonnées, des perles en ferrite peuvent être utilisées. Dans certains circuits haute fréquence, tels que les circuits RF et les oscillateurs, il est nécessaire d'ajouter une perle en ferrite au niveau de la section d'entrée d'alimentation. Codaca propose une série de perles en ferrite, telles que les séries RHD, RHV, SMB et UUN.
Tableau 2 : Tableau des caractéristiques des perles en ferrite
Remarque : Ce tableau présente uniquement une sélection de modèles. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site officiel de Codaca.
Comme mentionné précédemment, les inductances de puissance magnétiquement blindées peuvent également bloquer la propagation des interférences rayonnées. Pour les EMI rayonnées, Codaca propose une série de composants magnétiquement blindés, incluant des inductances moulées, des inductances haute intensité, des inductances pour amplificateurs numériques et des inductances CMS. Ces inductances de puissance peuvent être utilisées dans les lignes d'alimentation des alimentations à découpage. La structure de blindage magnétique empêche efficacement les interférences générées par l'inductance de rayonner vers l'extérieur et protège également l'inductance contre les interférences rayonnées externes. Ces inductances blindées sont également utilisées dans les solutions de suppression des interférences en mode différentiel pour les lignes de signal et d'alimentation.
Tableau 3 : Tableau des caractéristiques des inductances magnétiquement blindées
Remarque : Ce tableau présente uniquement une sélection de modèles. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site officiel de Codaca.
Figure 11 : Courbes d'élévation de température et de courant de saturation, caractéristiques inductance-fréquence et impédance-fréquence pour VSHB0421-4R7MC
3 - Conclusion
Avec l'intégration croissante et la complexité des produits électroniques, l'environnement CEM/EMI dans lequel ils fonctionnent fait également face à des défis importants. Pour aider les dispositifs électroniques à résoudre les problèmes de CEM/EMI, Codaca a développé diverses séries de composants standardisés selfs de mode commun pour lignes de signal , filtre de Mode Commun de Ligne d'Alimentation s , selfs de mode différentiel, perles de ferrite , et divers selfs de puissance magnétiquement blindées . Les ingénieurs peuvent sélectionner chez Codaca des selfs de mode commun, des selfs de mode différentiel ou des selfs de puissance standardisées adaptées en fonction des exigences spécifiques de leur conception de circuit d'alimentation.