..Origine des Interférences Électromagnétiques alimentations à découpage
Les alimentations à découpage (SMPS – Switched Mode Power Supplies) sont utilisées dans la plupart
des équipements électroniques modernes en raison de leur efficacité énergétique et de leur compacité.
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| Origine des Interférences Électromagnétiques |
Cependant, elles génèrent des interférences électromagnétiques (EMI), qui peuvent perturber d'autres circuits électroniques et doivent être atténuées pour respecter les normes de compatibilité électromagnétique (CEM).
Origine Interférences Électromagnétiques
Les interférences électromagnétiques (IEM) dans les alimentations à découpage désignent les perturbations électromagnétiques générées par ces dispositifs lors de leur fonctionnement.
Une alimentation à découpage convertit l’énergie électrique en commutant rapidement des transistors de puissance, ce qui crée des signaux haute fréquence susceptibles d’engendrer des émissions électromagnétiques indésirables.
Ces interférences peuvent se propager par conduction à travers les câbles d’alimentation ou par rayonnement dans l’environnement.
Elles peuvent perturber le bon fonctionnement des équipements électroniques sensibles et nécessitent l’utilisation de filtres EMI, de blindages et de techniques de mise à la masse adaptées pour limiter leur impact.
EMI conduites (via les câbles d’alimentation)
Elles circulent à travers les fils secteur et retournent au réseau.
Elles doivent être filtrées avec des condensateurs et selfs.
EMI rayonnées (dans l’air)
Elles doivent être filtrées avec des condensateurs et selfs.
EMI rayonnées (dans l’air)
Elles sont dues aux changements rapides de tension/courant.
Elles peuvent affecter les circuits voisins si un blindage ou un filtrage n’est pas mis en place.
Elles peuvent affecter les circuits voisins si un blindage ou un filtrage n’est pas mis en place.
Sources principales des EMI dans une alimentation à découpage
Commutation rapide des transistors de puissance
Les transistors de puissance dans une alimentation à découpage fonctionnent en mode tout ou rien (ON/OFF) pour minimiser les pertes énergétiques. Cette commutation rapide :
- Génère des harmoniques à haute fréquence dans le spectre électromagnétique.
- Crée des variations brutales de tension et de courant, responsables des parasites.
- Induit des transitoires électromagnétiques, pouvant rayonner dans l’environnement.
Redressement et diodes de récupération rapide
Les diodes rapides utilisées dans le redressement haute fréquence génèrent aussi des transitoires lorsqu'elles bloquent ou laissent passer le courant. Ces transitoires contribuent aux EMI en mode différentiel et en mode commun.
Transformateur et inductances
- Les transformateurs et selfs possèdent des capacitances parasites entre leurs enroulements et leur noyau, favorisant les couplages de bruit.
- Les courants de fuite induisent des oscillations dans le circuit, amplifiant les EMI.
Boucles de masse et couplage capacitif
Des mauvais routages de PCB peuvent créer des boucles de masse qui captent ou émettent des interférences électromagnétiques. Le couplage capacitif entre pistes proches contribue aussi aux EMI.
Types d’interférences électromagnétiques
Interférences en mode différentiel
Elles sont générées par les variations rapides du courant circulant entre la phase et le neutre. Ces interférences :
- Sont principalement causées par la commutation des transistors de puissance.
- Se propagent via le câblage d’alimentation.
- Peuvent être filtrées par des condensateurs de type X et des inductances de mode différentiel.
Interférences en mode commun
Elles résultent des variations rapides de tension entre les fils d’alimentation (phase et neutre) et la terre. Ces interférences :
- Sont générées par les capacités parasites du transformateur et des transistors de puissance.
- Sont atténuées par des condensateurs de type Y et des selfs de mode commun.
Solutions pour atténuer les EMI
Filtres d’entrée EMI
Un filtre EMI efficace comprend :
- Condensateurs X pour filtrer le bruit en mode différentiel.
Les condensateurs X sont placés entre les bornes d’entrée (phase et neutre) de l’alimentation. Ils agissent comme un filtre passe-bas, en offrant une faible impédance aux hautes fréquences des parasites et en les court-circuitant, tout en laissant passer le courant alternatif (50/60 Hz).
- Condensateurs Y pour éliminer les courants de mode commun vers la terre.
Le condensateur Y, placé entre les lignes d’alimentation (phase/neutre) et la terre, permet de rediriger Les interférences haute fréquence vers la terre, réduisant ainsi leur propagation.
- Comme tout condensateur, il laisse passer plus facilement les signaux haute fréquence (IEM) tout en bloquant le courant continu ou basse fréquence du secteur.
- Cela permet de "court-circuiter" les perturbations directement vers la terre.
Conception et routage PCB optimisés
- Réduction des boucles de masse pour éviter le couplage des bruits.
- Séparation des pistes haute puissance et des signaux sensibles.
- Blindage des composants critiques pour limiter le rayonnement électromagnétique.
Transformateur et filtrage HF
- Choisir un transformateur à faible capacité parasite.
- Ajouter un enroulement d'écran relié à la masse.
- Insérer des selfs en sortie pour lisser les tensions et courants.
Le réseau secteur : une source possible d’EMI
Le réseau électrique n’est pas parfait et peut contenir des perturbations provenant de diverses sources externes :- Autres appareils électriques : moteurs, variateurs de vitesse, lampes fluorescentes, onduleurs, etc.
- Parasites industriels : usines, équipements de soudage, systèmes de transmission radio.
- Perturbations atmosphériques : orages, éclairs.
