Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Dans l'environnement aéronautique, c'est le poids qui pousse les concepteurs vers l'utilisation des boîtiers en composite. C'est aussi le cas des développements dans le milieu de la défense pour les électroniques portées. Malheureusement, les contraintes normatives restent les mêmes et le blindage du boîtier disparaît. Pour d'autres environnements, c'est plus le design qui depuis de nombreuses années impose des boîtiers en composite comme pour les équipements multimédias, informatique ou GPS. Enfin les équipements ayant des contraintes d'isolement galvanique entre certaines fonctions sont, eux, passés depuis longtemps en boîtier composite, comme les systèmes de télécommunication ou en balnéothérapie. Cet article présente les règles de conception à appliquer en l'absence de métal jouant le rôle de blindage et de référence de potentiel.
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Thierry SEGOND : Expert CEM Sagem Défense Sécurité – Groupe Safran (Massy, France)
INTRODUCTION
La conception en boîtier composite apporte un gain de poids. En aéronautique le gain est réalisé grâce à une surface moindre utilisée pour les filtrages. Vis-à-vis des contraintes liées à la foudre de plus en plus élevées, le passage en électronique flottante permet de ne plus à avoir de protection type diode « transil » devant écouler le courant d'agression. La contrainte devient une contrainte d'isolement vis-à-vis de la tension présentant la plus grande amplitude.
En télécommunications, l'isolement est fixé par des normes de sécurité électrique qui imposent, en fonction des types de réseau, des isolements en termes de tenue en tension pouvant atteindre plusieurs kilovolts entre la partie recevant le câble de communication et l'électronique numérique qui, elle, est référencée à la terre. Le composite apporte l'isolement et participe au design.
Dans le milieu de la balnéothérapie, l'électronique gérant les pompes à eau pour les baignoires voit des isolements pouvant atteindre les 8 kV entre le primaire et les fonctions électroniques de commande. L'étanchéité à l'eau impose des boîtiers composites.
Dans d'autres environnements, comme l'électronique installée dans un véhicule de course, l'isolement est plutôt fonctionnel : il permet d'éviter d'éventuelles pollutions par des retours de courant au châssis et là aussi le poids est un ennemi.
Dans le milieu de la mesure qualitative et du traitement de l'eau, les équipements sont souvent développés avec des structures en composite qui évitent le risque de corrosion du métal.
Cet article explique la problématique des systèmes électroniques sans boîtier métallique. En effet, la règle de l'art habituelle qui consiste à référencer les électroniques au châssis devient impossible. La qualité des découplages d'entrée / sortie se trouve dégradée par couplage dans l'air. Ensuite sont abordés les artifices à mettre en place en donnant les règles de l'art établies par l'expérience.
Équipotentialité : equipotential bonding
Terme définissant une même référence pour plusieurs électroniques, installée ou pas sur une même carte et dialoguant ensemble. Cette référence doit être la même pour tous les acteurs à toutes les fréquences de perturbations.
Écran électrostatique : shielding plate
Tôle ou feuillard conducteur utilisé afin d'améliorer l'écoulement des perturbations en haute fréquence et par réciprocité de diminuer les couplages de perturbation directement sur un circuit imprimé.
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Conclusion
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3. Exemple d'un design en boîtier composite
3.1 Présentation de l'équipement
L'équipement présenté a cette particularité d'avoir un châssis totalement isolant. Pour des raisons de corrosion et de poids, ce produit est réalisé avec une structure en composite (figure 12).
La difficulté première de ce type de design est d'avoir des cartes électroniques dans plusieurs plans de l'équipement, reliées entre elles par des fils ou des nappes. Le lien d'équipotentialité est réalisé par des fils présentant une impédance élevée en haute fréquence. Il est donc nécessaire par un moyen artificiel de reproduire le métal d'un châssis sans augmenter grandement le poids de l'équipement.
Un autre difficulté est d'avoir une alimentation alternative à filtrer ce qui nécessite de mettre en place un filtre secteur métallique. Ce type de filtre présente deux oreilles métalliques pour mettre le châssis du filtre (donc la référence des condensateurs de type Y en mode commun) à un plan permettant un bon écoulement des perturbations.
L'équipement doit bien sûr respecter le marquage CE avec des niveaux d'émission de classe B et des niveaux d'agression pouvant aller jusque 10 V/m.
HAUT DE PAGE3.2 Règle de l'art employée
L'objectif est de garantir le même potentiel de référence (GND) à toutes les fonctions électroniques du produit.
Le format des cartes utilisées doit être donc le plus proche du carré et ne doit pas dépasser en format languette le facteur 3 défini précédemment, pour garantir une équipotentialité locale à chaque carte électronique.
Il faut maintenant définir la tôle de référence de potentiel (TRP) qui va permettre de garantir une référence de potentiel commune aux trois cartes électroniques (figure 13).
Cette technique permet de conserver un équipement en châssis non métallique. Les languettes de transition permettent de plaquer les interconnexions filaires entre cartes électroniques.
Les tôles permettent à la fois un bon comportement en émission rayonnée tout en apportant un effet d'écran vis-à-vis des agressions rayonnées extérieures.
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BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 4-2 : techniques d'essai et de mesure – Essai d'immunité aux décharges électrostatiques - EN 61000-4-2 - (éd 2009)
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