Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le filtrage antiparasite des circuits électroniques permet de réduire les perturbations conduites associées. Ces filtres sont dimensionnés pour rendre un équipement électronique conforme aux normes régissant la compatibilité électromagnétique. Dans cet article, le phénomène de propagation de bruit dans un équipement électronique / électrique est abordé. Le filtre pour la compatibilité électromagnétique est alors décrit ainsi que l’atténuation, sa propriété principale. Sont ensuite présentés les structures de filtres typiques, ainsi que la modélisation des composants passifs le constituant, et les paramètres influant sur les performances d’un filtre.
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Noise suppression filtering in electronic circuits allow to reduce the conducted perturbations. These filters are designed to comply with the electromagnetic compatibility standard. In this article, the noise propagation in electronic / electric equipment is presented. Thus, typical filter structures for electromagnetic compatibility are presented and also its main property: the attenuation. Filter structures are described and also the passive components models constituting the filter. Finally, the parameters which can influence filter performance are presented.
Auteur(s)
-
Marine STOJANOVIC : Ingénieur - VALEO Équipements Électriques Moteur, Créteil, France
INTRODUCTION
Les filtres antiparasites, appelés plus communément filtres pour la compatibilité électromagnétique (CEM), sont une des solutions pour diminuer les interférences électromagnétiques et ainsi respecter les normes qui régissent la CEM. Ils ont pour but d’agir sur les émissions conduites, c’est-à-dire de réduire les perturbations qui se propagent le long de câbles (ou via des fils de connexions) et qui viennent nuire au bon fonctionnement d’un système électrique ou électronique.
Il existe deux modes de propagation de bruit dans un équipement électronique : le bruit de mode commun et le bruit de mode différentiel. Il est donc indispensable de déterminer quel type de bruit doit être atténué pour choisir la structure de filtre adéquate.
Un filtre est caractérisé par son atténuation, sa performance de filtrage. Ainsi, le but est de quantifier cette atténuation, via la mesure, ou bien de façon théorique, pour définir si le filtre est adapté pour l’application ou non.
Par ailleurs, il existe de nombreuses structures de filtres et chacune d’entre elles est adaptée à certaines problématiques. Il est donc important d’être capable de modéliser le filtre complet pour pouvoir prédire s’il sera suffisant pour atténuer les perturbations. Il est donc nécessaire de modéliser chacun des composants passifs (condensateurs, inductances et tores de mode commun (TMC) qui constituent le filtre.
Certains paramètres peuvent avoir une forte influence sur l’atténuation finale d’un filtre et doivent être pris en compte. Les impédances vues par le filtre peuvent considérablement affecter les performances, tout comme les résonances propres du filtre ou bien la température. De plus, du fait de la proximité des composants d'un même filtre, il est indispensable de tenir compte des couplages qui ont une forte influence sur l’atténuation finale.
Il est donc abordé dans une première section la propagation de bruit dans un équipement et plus particulièrement les deux modes de propagation : le mode commun ainsi que le mode différentiel. Il sera alors question de la propriété principale d’un filtre, son atténuation, en passant de la théorie à la pratique. La troisième section traite des structures typiques de filtres ainsi que de leur utilisation. Puis s’ensuit la modélisation des composants passifs constituant ces filtres, en tenant compte de leurs éléments parasites. Pour finir, les paramètres influant sur les performances d’un filtre tels que les impédances vues par le filtre, les résonances propres, les couplages inter-composants ou bien la température seront présentés.
Le lecteur trouvera en fin d'article un tableau des symboles utilisés.
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KEYWORDS
passive component | electromagnetic compatibitity | inter-component coupling
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1981 par Lucien-Charles HEITZMANN
- Version archivée 2 de mai 1999 par Francis CHAUVET
DOI (Digital Object Identifier)
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Modélisation des composants passifs
En anglais
3. Structures de filtres
Un filtre a pour but premier d’atténuer les perturbations générées par un équipement électronique. Pour cela, l’idée est de créer une rupture d’impédance. En effet, si les impédances d’entrée et de sortie sont faibles, le but est d'obtenir un filtre de forte impédance pour filtrer efficacement le système et inversement pour des impédances d’entrée et de sortie élevées. Typiquement, les inductances et tores de mode commun (TMC) sont de fortes impédances, alors que les condensateurs sont de faibles impédances (selon le domaine de fréquence où l’on se situe).
Selon le type de perturbation, le filtrage doit être orienté soit pour le mode différentiel, soit pour le mode commun ou bien pour les deux. Les structures présentées dans ce paragraphe peuvent être utilisées seules ou bien en les mixant pour agir sur les 2 modes simultanément.
La structure du filtre doit être choisie en fonction de l’atténuation souhaitée et des impédances à la source et à la charge. En effet, plus il y aura de cellules de filtrage en cascade, en d’autres termes plus l’ordre du filtre sera élevé, plus l’atténuation sera forte.
Exemple :
Un simple filtre LC (figure 9 a), d’ordre 2, présente un comportement idéal en − 40 dB/décade, alors que le second filtre (figure 9 b) avec 2 cellules LC en cascade, d’ordre 4, présente un comportement idéal en − 80 dB/décade.
Dans les sous-sections qui vont suivre, différentes structures de filtres sont présentées, mais ne forment pas une liste exhaustive des structures adaptées aux problématiques énoncées.
3.1 Structures de filtres adaptées aux impédances d’entrée et de sortie faibles
Comme expliqué précédemment, le but est de rompre l’impédance pour pouvoir filtrer.
L’idée est uniquement de présenter une impédance forte en entrée, mais également en sortie (TMC ou bien inductance), et de respecter le trajet des courants de mode différentiel et de mode commun, tel que présenté dans le tableau 2.
Un...
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Structures de filtres
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DURAND (P.), LEMAN (S.), MAURICE (O.), RAVELO (B.), REINEIX (A.), SOHOR (Y.), STOJANOVIC (M.) - Application de la méthode de Kron à la résolution de problèmes de CEM : exercices corrigés. - Bookelis (2017).
-
(2) - LAFON (F.) - Développement de techniques et de méthodologies pour la prise en compte des contraintes CEM dans la conception d'équipements du domaine automobile. - Étude de l'immunité, du composant à l'équipement, INSA Rennes (2011).
-
(3) - PARLER (S.G.) - Improved Spice Models of Aluminium Electrolytic Capacitors for Inverter Applications. - IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 39, n° 4, pp. 929-935 (2003).
-
(4) - STEVANOVIC (I.), SKIBIN (S.), MASTI (M.), LAITINEN (M.) - Behavioral Modeling of Chokes for EMI Simulations in Power Electronics. - IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, n° 12, pp. 695-705 (2013).
-
(5) - STOJANOVIC (M.), PHAM (T.D.), HOANG (T.Q.V.), FERNANDEZ-LOPEZ (P.), LAFON (F.) - Common...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
L'ouvrage [1], qui présente différentes applications de la méthode de Kron à la résolution de problème de CEM, contient notamment deux chapitres dédiés à l’étude des filtres contre les interférences électromagnétiques. Il y est présenté, de façon exhaustive, comment effectuer les calculs d’atténuations en sachant qu'il existe une infinité de structures possibles. En effet, ceux-ci sont conçus en fonction du besoin et peuvent donc être très différents les uns des autres selon le système à filtrer.
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CEM : Colloque internationale & Exposition sur le Compatibilité Électromagnétique.
EMC Europe : Internal Symposium and Exhibition on Electromagnetic Compatibility.
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Python, logiciel de calcul numérique
LTspice, simulateur circuit
http://www.linear.com/solutions/ltspice
QUCS, simulateur circuit
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