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Jun 07, 2023

Soyez prudent avec la saisie

Lors de la conception de filtres EMI, la manière et l'endroit où le filtre est installé sont essentiels pour obtenir les pertes d'insertion souhaitées. Habituellement, l'effet d'un mauvais emplacement ou d'une mauvaise installation n'est pas pris en compte dans le

Lors de la conception de filtres EMI, la manière et l'endroit où le filtre est installé sont essentiels pour obtenir les pertes d'insertion souhaitées. Habituellement, l’effet d’un mauvais emplacement ou d’une mauvaise installation n’est pas pris en compte dans la conception du filtre et des surprises apparaissent.

Il y a quelques semaines, je travaillais sur un produit d'une entreprise défaillant en matière d'émissions conduites. Le produit était alimenté par un réseau secteur 240 V 50 Hz (Europe) consommant 10 A et un filtre personnalisé a été inclus dans la conception pour tenter de respecter la réglementation relative aux émissions conduites dans la plage 9 kHz-30 MHz.

Le schéma du filtre utilisé dans ce produit est inclus dans la figure 1. Le filtre était composé de deux condensateurs X2 de 100 nF, d'une self de mode commun de 470 uH et de deux condensateurs de 4,7 nF.

Figure 1 : Schéma du filtre étudié.

Mais les résultats obtenus dans la maison de test CEM par l'entreprise étaient vraiment mauvais (>20 dB) par rapport aux résultats attendus de la théorie et de la simulation dans la gamme de 1 MHz à 10 MHz.

Lorsqu'un filtre ne fonctionne pas comme prévu, je vérifie généralement quelques points typiques :

Dans mon analyse, j'ai pu identifier qu'aucun des effets précédents n'était à l'origine du problème donc je suis allé vérifier comment le filtre était câblé et j'ai constaté que l'entrée et la sortie du filtre étaient vraiment proches l'une de l'autre. Il s’agit d’une situation dangereuse, notamment pour la gamme des hautes fréquences.

J'ai partiellement reproduit l'effet afin que vous puissiez comprendre l'idée (l'identification exacte et les photos du système restent confidentielles).

Considérons, par exemple, que vous disposez d'un filtre blindé comme celui de la figure 2. Notez qu'en théorie, nous nous attendrons à une réponse de filtrage différentiel passe-bas.

Figure 2 : Filtre utilisé dans notre exemple en disposition « idéale ».

Considérons maintenant la figure 3 où le filtre est installé avec les câbles d'entrée et de sortie proches les uns des autres.

Figure 3 : Filtre utilisé dans notre exemple avec une courte distance entre les fils d'entrée et de sortie.

Désormais, la position des câbles crée une sorte de couplage entre l'entrée et la sortie du filtre. Ce couplage peut être capacitif (champ électrique) et inductif (champ magnétique) de sorte que la réponse théorique du filtre passe-bas est « court-circuitée » et que les signaux peuvent passer facilement de l'entrée à la sortie (surtout dans la plage des hautes fréquences). Dans les figures 2 et 3, je ne considère pas les effets parasites des composants.

Pour vérifier l'installation du filtre dans notre produit, j'ai utilisé mon analyseur de réseau Bode 100 avec le produit OFF. Les résultats sont inclus dans la figure 4.

Figure 4 : Réponse mesurée du filtre avec un bon-mauvais acheminement des fils d'entrée-sortie.

Notez que la réponse aux basses fréquences (<600 kHz) n'est pas affectée par le retour d'E/S parasite. Mais il est dégradé jusqu'à 30 dB dans la plage de fréquences de 1 à 10 MHz lorsque le retour d'E/S est présent, comme dans la figure 3.

Il est intéressant de noter sur nos mesures le pic de la réponse à 361kHz (curseur 1, vert). Il s'agit d'une situation très dangereuse si le pic dépasse 0 dB et n'est pas lié au feedback IO (sujet d'un prochain article).

Notez également comment la réponse passe-bas du filtre est dominée par les parasites dans les composants aux fréquences supérieures à 2,5 MHz (curseur 2, orange).

Mon dernier conseil : lors de la configuration d'un filtre au format filaire ou PCB, SOYEZ PRUDENT avec le retour d'E/S. Essayez d'acheminer correctement les lignes pour minimiser les retours parasites qui dégradent la réponse du filtre dans les hautes fréquences.

Les références

Arturo Médiano a obtenu sa maîtrise en sciences. (1990) et son doctorat (1997) en génie électrique de l'Université de Saragosse (Espagne), où il est professeur d'enseignement en EMI/EMC/RF/SI depuis 1992. Depuis 1990, il est impliqué dans la R&D projets dans les domaines EMI/EMC/SI/RF pour les communications, l'industrie et les applications scientifiques/médicales avec une solide expérience en formation, conseil et dépannage pour des entreprises en Espagne, USA, Suisse, France, Royaume-Uni, Italie, Belgique, Allemagne, Canada, Pays-Bas, Portugal et Singapour. Il est le fondateur de The HF-Magic Lab®, un laboratoire spécialisé pour la conception, le diagnostic, le dépannage et la formation dans les domaines EMI/EMC/SI et RF à l'I3A (Université de Saragosse), et depuis 2011, il est instructeur pour Besser Associates (CA, États-Unis) propose des cours publics et sur site sur les sujets EMI/EMC/SI/RF à travers les États-Unis, en particulier dans la Silicon Valley/région de la baie de San Francisco. Il est membre senior de l'IEEE, membre actif depuis 1999 (président 2013-2016) du comité technique MTT-17 (HF/VHF/UHF) de la Microwave Theory and Techniques Society et membre de l'Electromagnétique Compatibility Society. Arturo peut être contacté à [email protected].