Qu'est-ce que la compatibilité électromagnétique ?
La compatibilité électromagnétique (CEM) est la capacité d'un appareil électrique à fonctionner correctement dans son environnement sans être affecté par les interférences électromagnétiques provenant d'autres appareils, y compris ceux utilisant la technologie à bande ultra large (UWB). La CEM comprend donc deux normes d'essai : les interférences électromagnétiques (EMI) et la sensibilité électromagnétique (EMS). Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur la CEM et sur les moyens d'empêcher qu'elle n'ait un impact négatif sur vos appareils électroniques.
Normes de certification EMC
Les normes de compatibilité électromagnétique sont importantes pour les fabricants qui doivent composer avec l'EMC. Il existe de nombreuses normes EMC différentes et de nombreux secteurs différents qui ont besoin de tests EMC.
Organisation internationale
- IEC : La Commission électrotechnique internationale, qui comprend 3 branches :
CISPR : Comité international spécial sur les interférences radioélectriques
TC77 : Comité technique sur la compatibilité électromagnétique des équipements électriques (y compris les réseaux électriques)
TC65 : Mesure et contrôle des processus industriels
- ISO : Organisation internationale de normalisation
- IEEE ;
- ETSI : Comité européen des normes de télécommunication
- CCIR : Comité consultatif international des radiocommunications ;
- UIT ;
FCC : Federal Communications Commission (Commission fédérale des communications) ;
VDE : Association allemande des ingénieurs électriciens ;
VCCI : Interférences civiles japonaises ;
BS : Norme britannique ;
ABSI : norme nationale américaine ;
GOSTR : norme gouvernementale russe ;
GB, GB/T : norme nationale chinoise.
Comment tester la compatibilité électromagnétique ?
Il existe de nombreuses façons de tester la compatibilité électromagnétique (CEM). Une méthode courante consiste à utiliser une chambre CEM. Il s'agit d'une pièce spécialement conçue pour bloquer les champs électromagnétiques externes, de sorte que les seuls champs présents sont ceux générés par l'appareil testé. En mesurant la réponse de l'appareil à différents types de champs électromagnétiques, il est possible de déterminer s'il est compatible avec ces champs. D'autres méthodes de test de la CEM consistent à utiliser des chambres anéchoïques et des cages de Faraday.
1. Choisissez un laboratoire d'essais CEM.
Les salles blindées, les zones ouvertes, les chambres anéchoïques, les chambres réverbérantes, les TEM et les GTEM font partie des emplacements les plus courants pour les essais CEM. Parmi eux, les chambres anéchoïques sont les emplacements d'essai les plus courants. Une chambre anéchoïque est utilisée pour empêcher les ondes électromagnétiques autres que celles de l'équipement d'essai d'interférer avec d'autres ondes électromagnétiques. Son principe consiste à absorber les ondes électromagnétiques à l'aide de matériaux absorbants en ferrite afin d'éliminer les interférences électromagnétiques dans l'environnement.
chambres anéchoïques
Les types de chambres anéchoïques actuellement connus peuvent être classés en salles d'essai des diagrammes d'antenne, salles d'essai de la section efficace radar, salles d'essai de compatibilité électromagnétique (CEM) et salles d'essai de guerre électronique (contre-mesures) en fonction de leur utilisation. Les plus courantes sont les chambres anéchoïques complètes et les chambres semi-anéchoïques. La taille et le choix des matériaux absorbant les radiofréquences sont principalement déterminés par la taille de la chambre et les exigences de test de l'équipement testé (EUT).
Principe du test
La chambre anéchoïque est remplie de matériaux absorbants en forme de cône, et elle contient un corps absorbant en éponge composite en forme de pyramide imprégné de poudre absorbante. Sa taille est liée à la fréquence d'absorption, et sa fonction est également d'absorber les ondes électromagnétiques inutiles et d'éliminer les signaux réfléchis. Elle peut atteindre un taux d'absorption des ondes électromagnétiques de 30 MHz à 40 GHz et de 10 à 20 dB. L'absorbeur d'ondes électromagnétiques utilisé dans la chambre anéchoïque de blindage électromagnétique est adapté à la taille de la chambre anéchoïque, et son épaisseur est réduite de manière continue afin d'utiliser efficacement l'espace.
2. Sélectionnez l'équipement de test CEM.
Dans le processus de test CEM, l'équipement de test utilisé varie en fonction des différents secteurs d'activité des équipements à tester. Détails ci-dessous :
Équipement de test EMI : récepteurs EMI, accessoires EMI, accessoires de test EMI conduits, antennes de test EMI rayonnées, analyseurs de scintillement harmonique, sondes de champ proche, etc. Équipement
de test EMS : générateur de signaux EMS, équipement auxiliaire EMS, etc.
3. Procédure d'essai
De nombreux indicateurs différents peuvent être utilisés pour mesurer la CEM sur un appareil ou un équipement individuel. Cependant, certains indicateurs sont plus couramment utilisés pour mesurer la CEM des appareils électroniques.
Paramètres des tests EMI :
- Courant harmonique (2e à 40e harmonique) ;
- Scintillement ;
- Perturbations conduites (CE) ;
- Perturbations rayonnées (RE) ;
Paramètres de test EMS :
- Immunité aux décharges électrostatiques (ESD) ;
- Immunité aux champs électromagnétiques rayonnés (80 MHz à 1 000 MHz) (RS) ;
- Immunité aux transitoires électriques rapides/rafales ;
- Immunité aux surtensions (foudre) ;
- Immunité aux courants d'injection (150 kHz à 230 MHz) (CS) ;
- Immunité aux creux de tension et aux coupures brèves.
3.1 Test harmonique
Les essais harmoniques examinent principalement l'influence des harmoniques dans les réseaux d'alimentation électrique basse tension sur ces équipements sensibles à la fréquence.
Norme d'essai : EN61000-3-2
- a) Spécifier les limites pour les courants harmoniques émis vers le réseau public.
- b) Spécifier les limites pour le contenu harmonique du courant d'entrée généré par l'équipement testé dans l'environnement spécifié.
- c) Applicable aux équipements électriques et électroniques connectés au réseau public basse tension avec un courant d'entrée inférieur ou égal à 16 A.
Principe de l'expérience harmonique : en raison du mode de fonctionnement des équipements électroniques, des composants non linéaires et des divers bruits parasites, le courant d'entrée n'est pas une onde sinusoïdale complète et contient souvent de nombreuses composantes harmoniques d'ordre élevé, ce qui pollue le réseau électrique. Ce phénomène est appelé distorsion harmonique.
3.2 Fluctuation de tension et scintillement
L'objectif de cette norme est de garantir que le produit ne provoque pas d'effets de scintillement indésirables (lumières clignotantes) sur les équipements d'éclairage auxquels il est connecté.
Norme d'essai : EN 61000-3-3
- a) Limites des effets des fluctuations de tension constantes et du scintillement sur le réseau public.
- b) Conseils pour spécifier les limites et les méthodes d'évaluation des variations de tension produites par le prototype testé dans des conditions spécifiées.
- c) Elle convient aux équipements électriques et électroniques de 220 V à 250 V, 50 Hz, connectés au réseau public basse tension avec un courant d'entrée inférieur ou égal à 16 A par phase.
L'image ci-dessous montre le taux de variation ou le temps de variation minimal admissible pour chaque valeur de variation de tension relative. On peut comprendre que plus la plage de variation de tension est grande, plus la vitesse de variation admissible est faible, ou plus le temps de variation requis est long.
Limites :
- La valeur Pst ne doit pas être supérieure à 1,0 ;
- La valeur Pit ne doit pas être supérieure à 0,65 ;
- la valeur de d(t) pendant un changement de tension ne doit pas dépasser 3,3 % pendant plus de 500 ms ;
- le changement de tension relatif en régime permanent, dc, ne doit pas dépasser 3,3 % ;
- le changement de tension relatif maximal dmax ne doit pas dépasser 4 %.
3.3 Émissions conduites CE (0,15-30 MHz)
Norme d'essai : EN61000-6-4
A) Équipements électroniques et électriques de mesure et d'essai ;
B) Équipements de contrôle électroniques et électriques ;
C) Équipements de laboratoire électriques et électroniques ;
Classification des équipements
Classe A : équipements (non domestiques) adaptés à une utilisation dans tous les établissements autres que les établissements domestiques et ceux directement connectés à un réseau d'alimentation électrique basse tension qui alimente des bâtiments à usage domestique.
Classe B : équipements (domestiques) adaptés à une utilisation dans les établissements domestiques et dans les établissements directement raccordés à un réseau d'alimentation électrique à basse tension qui alimente des bâtiments à usage domestique.
principe de l'expérience :
Lorsque la fréquence du bruit parasite des équipements électroniques est inférieure à 30 MHz, celui-ci interfère principalement avec la bande de fréquences audio. Pour la longueur d'onde de ce type d'onde électromagnétique, le câble des équipements électroniques est inférieur à la longueur d'onde d'une onde (la longueur d'onde de 30 MHz est de 10 m) et l'efficacité du rayonnement dans l'air est très faible. Ainsi, si la tension de bruit induite sur le câble peut être mesurée, le degré d'interférence électromagnétique dans cette bande de fréquences peut être mesuré, et ce type de bruit est un bruit conduit.
Un réseau de stabilisation d'impédance de ligne (LISN) est un dispositif utilisé pour mesurer les interférences électromagnétiques (EMI) émises par les appareils électroniques. Il est généralement utilisé en conjonction avec un oscilloscope ou un analyseur de spectre.
Effet du LISN :
1. Assure une fonction d'isolation haute fréquence entre l'EUT et l'alimentation électrique afin d'empêcher le bruit provenant de l'alimentation électrique de pénétrer dans l'EUT et d'affecter les résultats de mesure.
2. Simulez l'impédance réelle de l'alimentation électrique et fournissez une impédance spécifiée entre les bornes d'alimentation de l'EUT afin d'uniformiser les résultats de mesure.
3. Maintenir l'impédance dans la bande de test stable à 50 ohms afin d'obtenir une entrée avec l'adaptation d'impédance du récepteur de mesure/analyseur de spectre.
3.4 Émissions rayonnées RE (30-1000 MHz)
Norme : EN61000-6-4
Classification des équipements
Classe A : équipements adaptés à une utilisation dans tous les établissements autres que les établissements domestiques et ceux directement raccordés à un réseau d'alimentation électrique basse tension qui alimente des bâtiments à usage domestique. Non domestique
Classe B : équipements adaptés à une utilisation dans les établissements domestiques et dans les établissements directement raccordés à un réseau d'alimentation électrique basse tension qui alimente des bâtiments à usage domestique.
a) Équipements électriques et électroniques de mesure et d'essai
b) Équipements de contrôle électroniques et électriques
c) Équipements électriques et électroniques de laboratoire
Principe de l'expérience sur les émissions rayonnées :
Lorsque la longueur totale de l'antenne est supérieure à 1/20 de la longueur d'onde du signal λ, un rayonnement efficace est émis dans l'espace. Lorsque la longueur de l'antenne est un multiple entier de λ/2, l'énergie rayonnée est maximale. Lorsque la fréquence du bruit est supérieure à 30 MHz, les câbles, les ouvertures et les interstices des équipements électroniques remplissent facilement les conditions ci-dessus, ce qui entraîne un rayonnement.
3.5 Décharge électrostatique (ESD)
Le but des essais de décharge électrostatique est de tester la capacité d'un dispositif ou d'un système à résister aux interférences dues aux décharges électrostatiques.
Norme : CEI 61000-4-2 Critères B
Principe de l'expérience : l'expérience ESD consiste à simuler la décharge électrostatique générée par le corps humain et les objets lorsqu'ils entrent en contact avec l'équipement, ou la décharge du corps humain et de l'objet vers les objets adjacents, y compris l'échange direct d'énergie, causant des dommages à l'appareil ou au champ proche (champ électrique et champ magnétique) causés par la décharge. changement), entraînant un dysfonctionnement de l'appareil.
3.6 Susceptibilité rayonnée (RS)
La susceptibilité aux rayonnements a pour objectif de tester la capacité d'un appareil ou d'un système à résister aux perturbations électriques externes.
Norme : CEI 61000-4-3 Critères A
Forme d'onde d'essai :
- Gamme de fréquences : 80 MHz-2,5 GHz
- Modulation : 80 % AM, onde sinusoïdale 1 kHz
- Incrément de fréquence : 1 %
- Temps de pause : 3 s
3.7 EFT à rafale rapide
Le but de l'expérience est d'étudier la capacité d'un dispositif ou d'un système unique à résister à des perturbations transitoires rapides. Ces perturbations transitoires sont causées par des actions transitoires telles que l'interruption de charges inductives, entraînant l'apparition de groupes d'impulsions, une fréquence de répétition élevée, un temps de montée court et une énergie d'impulsion unique. Un niveau faible entraînera un dysfonctionnement du dispositif.
Norme : CEI 61000-4-4 Critères B
3.8 Levez-vous
Le but de l'expérience est d'examiner la capacité de l'EUT à résister aux interférences dues aux surtensions. Ces perturbations transitoires sont causées par des courts-circuits d'autres équipements, la commutation du système d'alimentation principal et des coups de foudre indirects.
Norme : CEI 61000-4-5 Critères B
3.9 Interférences radioélectriques conduites (CS)
Le but de l'expérience est d'examiner la capacité d'un dispositif ou d'un système unique à résister aux perturbations conduites.
Norme : CEI 61000-4-6 Critères A
Principe expérimental : il examine principalement l'immunité à la tension d'interférence continue de 0,15 MHz à 80 MHz introduite par le fil ou le câble provenant du monde extérieur, comme les signaux d'un modulateur RF HDMI.
Forme d'onde d'essai :
- Gamme de fréquences : 0,15 MHz-80 MHz
- Modulation : 80 % AM, onde sinusoïdale de 1 kHz
- Incrément de fréquence : 1 %
- Temps de pause : 3 s
3.10 Chutes de tension
Le but de l'expérience est d'étudier la capacité de l'EUT à résister aux creux et aux baisses de tension.
Norme : CEI 61000-4-11 Critères B et C
Comment améliorer la compatibilité électromagnétique ?
1. Conception du blindage CEM
L'efficacité de votre conception de blindage CEM dépend du type de matériau que vous choisissez ainsi que de la manière dont il est mis en œuvre. Vous pouvez encore améliorer ses performances en combinant différents types de matériaux ou en choisissant une orientation spécifique pour chaque couche de votre blindage.
1.1 Conception des ouvertures et des orifices de ventilation
1.2 Conception structurelle du blindage des joints à recouvrement
1.3 Le câble passe à travers le corps de blindage.
Si les conducteurs sortent du blindage, l'efficacité de ce dernier sera considérablement réduite. Cette pénétration se produit généralement lorsque le câble sort du blindage.
1.4 Principes de conception des câbles sortant du corps de blindage
1.4.1 Lorsque des câbles blindés sont utilisés, à la sortie du blindage, une structure à fil de serrage est adoptée afin d'assurer une mise à la terre fiable entre la couche de blindage du câble et le blindage et de fournir une impédance de contact suffisamment faible.
1.4.2 Lorsque vous utilisez des câbles blindés, utilisez des connecteurs blindés pour transférer les signaux hors du corps de blindage et assurez-vous que la mise à la terre des couches de blindage des câbles est fiable grâce aux connecteurs.
1.4.3 Lorsque vous utilisez un câble non blindé, utilisez un connecteur à filtre pour le transfert. En raison de la caractéristique haute fréquence du filtre, il est garanti qu'il existe une impédance haute fréquence suffisamment faible entre le câble et le blindage.
1.4.4 Lorsque vous utilisez des câbles non blindés, ceux-ci doivent être suffisamment courts à l'intérieur (ou à l'extérieur) du blindage pour empêcher les signaux parasites d'être efficacement couplés, réduisant ainsi l'impact de la pénétration du câble.
1.4.5 La ligne électrique sort du blindage via le filtre d'alimentation. Grâce aux caractéristiques haute fréquence du filtre, l'impédance haute fréquence entre la ligne électrique et le blindage est suffisamment faible.
1.4.6 Utilisation d'une prise à fibre optique. La fibre optique elle-même ne comportant aucun élément métallique, il n'y a aucun problème de pénétration du câble.
1.5 Mauvaise mise à la terre
1.6 Matériaux de blindage et applications
Les matériaux que nous utilisons pour le blindage comprennent le tissu conducteur, le roseau, le caoutchouc conducteur et les revêtements PCB spécialisés.
1.7 Plaque de ventilation à guide d'ondes à coupure
2. Conception de la mise à la terre EMC
2.1 Concept et objectif de la mise à la terre
2.1.1 La première concerne la sécurité, appelée mise à la terre de protection. Le boîtier métallique des équipements électroniques doit être relié à la terre afin d'éviter l'apparition d'une tension excessive sur le boîtier métallique en cas d'accident, ce qui pourrait mettre en danger la sécurité des opérateurs et des équipements.
2.1.2 La seconde consiste à fournir un chemin à faible impédance pour que le courant retourne à sa source, c'est-à-dire la terre de travail.
2.1.3 La mise à la terre de protection contre la foudre permet de dissiper le courant en cas de coup de foudre.
2.2 La mise à la terre assure le retour du signal
2.3 Mise à la terre en un seul point
Convient aux systèmes dont la fréquence de fonctionnement est inférieure à 1 MHz.
2.4 Mise à la terre multipoint et mise à la terre mixte
3. Conception du filtre EMC Wave
3.1 Définition du filtre d'onde
Un filtre d'onde est un dispositif qui modifie le contenu fréquentiel d'un signal en atténuant sélectivement certaines fréquences tout en laissant passer les autres.
3.2 Types de filtres à ondes
Les types de filtres courants comprennent : le filtre passe-bas, le filtre passe-haut, le filtre passe-bande et le filtre coupe-bande. Comme le montre la figure ci-dessous :
Si un filtre laisse passer les basses fréquences et bloque les hautes fréquences, on l'appelle filtre passe-bas. S'il bloque les basses fréquences et laisse passer les hautes fréquences, c'est un filtre passe-haut. Il existe également des filtres passe-bande, qui ne laissent passer qu'une gamme de fréquences relativement étroite. Et un filtre coupe-bande, qui bloque uniquement une gamme de fréquences relativement étroite.
3.3 Composants du filtre à ondes
3.3.1 Condensateur (condensateur général, condensateur à trois bornes) ;
3.3.2 Inductance (inductance générale, inductance en mode commun, perles magnétiques) ;
3.3.3 Résistance ;
3.4 Conception des filtres en mode différentiel et en mode commun
4. Conception de circuits imprimés CEM
4.1 Conception des circuits imprimés
4.1.1 Disposition : les circuits similaires sont disposés en un seul bloc, selon le principe du cheminement minimal. Les circuits à haute vitesse ne doivent pas être proches du petit panneau, et le module d'alimentation doit être proche de la position du disque unique.
4.1.2 Stratification : la couche de câblage à haute vitesse doit être proche d'une couche de masse, l'alimentation électrique est adjacente à la masse, une couche de masse doit être placée sous la surface du composant, deux couches de surface peuvent être placées près de la couche de masse, et la couche interne doit être indentée de 20H par rapport à la couche de surface.
4.1.3 Câblage : traces courtes, largeur de trace optimale et espacement large entre les différents types de traces (à l'exception des signaux et de leurs lignes de retour, des lignes différentielles et des lignes de masse blindées), moins de vias, pas de boucles, petite surface de boucle, tête sans fil.
4.1.4 Mise à la terre : les circuits similaires sont répartis séparément et connectés en un seul point sur la carte.
4.1.5 Filtrage : module d'alimentation, circuit fonctionnel, circuit de filtrage des ondes au niveau de la carte.
4.1.6 Conception du circuit d'interface : conception du circuit d'interface avec circuit de filtrage pour obtenir une isolation efficace entre l'intérieur et l'extérieur.
4.2 Les principes fondamentaux de la mise en page
4.2.1 En se référant au schéma fonctionnel du principe, basé sur le flux du signal, celui-ci est divisé en modules fonctionnels.
4.2.2 Disposition séparée des circuits numériques et analogiques, des circuits à haute vitesse et à basse vitesse, des sources d'interférences et des circuits sensibles.
4.2.3 Évitez de placer des dispositifs sensibles ou à fort rayonnement sur la surface de soudure de la carte unique.
4.2.4 La zone de boucle des signaux sensibles et des signaux à fort rayonnement est la plus petite.
4.2.5 Les dispositifs à fort rayonnement ou les dispositifs sensibles tels que les cristaux, les oscillateurs à cristal, les relais, les alimentations à découpage, etc. doivent être placés à distance des poignées de la carte unique, des connecteurs d'interface externes et des dispositifs sensibles. La distance recommandée est ≥1000 mil.
4.2.6 Dispositifs sensibles : éloignez-les des dispositifs à fort rayonnement, la distance recommandée est ≥ 1000 mil.
4.2.7 Dispositifs d'isolation, dispositifs A/N : l'entrée et la sortie sont séparées l'une de l'autre et il n'y a pas de chemin de couplage (tel que des plans de référence adjacents), de préférence à travers la partition correspondante.
4.3 Disposition spéciale des appareils
4.3.1 Partie alimentation (située au niveau de l'entrée d'alimentation).
4.3.2 Partie horloge (éloignée de l'ouverture, proche de la charge, couche interne du câblage).
4.3.3 Bobine inductive (éloignée de la source d'EMI).
4.3.4 Partie pilote de bus (couche interne du câblage, éloignée de l'ouverture, proche du dissipateur).
4.3.5 Composants du filtre (entrée et sortie séparées, près de la source, fils courts).
4.4 Disposition des condensateurs de filtrage
4.4.1 Tous les circuits d'interface d'alimentation électrique des dérivations.
4.4.2 À proximité des composants à forte consommation d'énergie.
4.4.3 Zones présentant d'importantes variations de courant, telles que les bornes d'entrée et de sortie des modules d'alimentation, les ventilateurs, les relais, etc.
4.4.4 Circuit d'interface d'alimentation du circuit imprimé.
4.5 Disposition des condensateurs de découplage
4.5.1 à proximité des broches d'alimentation.
4.5.2 Emplacement et quantité appropriés.
4.6 Principes de base de la disposition du circuit d'interface
Les dispositifs tels que les filtres, les protections et les isolateurs de signaux d'interface sont placés à proximité du connecteur d'interface, et ils sont d'abord protégés, puis filtrés.
Les dispositifs d'isolation tels que les transformateurs d'interface et les optocoupleurs sont complètement isolés du primaire et du secondaire.
Il n'y a pas de croisement du réseau de signaux entre le transformateur et le connecteur.
La zone de la couche INFÉRIEURE correspondant au transformateur doit être placée aussi loin que possible, sans autres dispositifs.
La puce d'interface (port réseau, port E1/T1, port série, etc.) doit être placée aussi près que possible du transformateur ou du connecteur.
4.7 Câblage
Traces courtes, espacement important entre les différents types de traces (à l'exception des signaux et de leurs lignes de retour, des lignes différentielles et des lignes de masse blindées), moins de vias, absence de boucles, petite surface de boucle, tête sans fil.
Pour les traces soumises à des exigences de retard, leur longueur répond aux exigences.
Il n'y a pas d'angle droit, et un chanfreinage en arc est préférable pour les lignes de signal clés.
Les traces de signal des couches adjacentes sont perpendiculaires les unes aux autres ou le câblage parallèle des signaux clés des couches adjacentes est inférieur ou égal à 1000MIL.
