Distributeur de filtres CEM

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Le filtre CEM est également appelé filtre réseau et filtre antiparasite. En bref, le filtre de compatibilitéélectromagnétiqueest un composant électronique ou un circuit. Ce circuit sert à supprimer les interférences électromagnétiques (EMI) et donc à améliorer la compatibilité électromagnétique (CEM) des appareils. Ces filtres de réseau font en sorte que les appareils électriques et électroniques soient moins sensibles aux perturbations de l'environnement. En outre, les filtres CEM permettent aux appareils électriques de générer moins de perturbations susceptibles d'affecter d'autres appareils.

Histoire du filtre CEM

Le développement des filtres CEM a commencé aux premiers jours de l'électronique et de l'électrotechnique, lorsque la nécessité de minimiser les interférences électromagnétiques (EMI) a été reconnue. Avec la prolifération des appareils électriques et électroniques au 20e siècle, la quantité d'émissions électromagnétiques indésirables générées par ces appareils a également augmenté.

Les filtres CEM dans les années 1960 et 1970

Dans les années 1960 et 1970, les premières approches systématiques pour supprimer ces interférences ont été développées. Cela a conduit à l'intégration de circuits de filtrage dans les appareils électriques afin d'améliorer la compatibilité électromagnétique (CEM).

Les premiers filtres CEM

Les premiers filtres CEM étaient basés sur de simples combinaisons d'inductances et de capacités. Au fur et à mesure que la technologie progressait et que les exigences en matière de CEM augmentaient, des conceptions de filtres plus complexes et plus efficaces ont vu le jour. Les normes et réglementations internationales, telles que la directive CEM de l'Union européenne, ont également contribué au développement en fixant des limites strictes pour les émissions électromagnétiques et l'immunité.

Les filtres CEM aujourd'hui

Aujourd'hui, les filtres CEM sont un élément essentiel de l'électronique moderne, qui garantit la fiabilité et la sécurité des appareils dans un monde de plus en plus connecté et électrifié.

Un filtre CEM fonctionne comme un filtre antiparasite en atténuant ou en bloquant les signaux parasites indésirables à haute fréquence, tout en laissant passer librement les signaux souhaités à basse fréquence. Ceci est obtenu par la combinaison de composants électroniques passifs.

1. Des inductances (bobines):

   Ces composants agissent comme des résistances pour les signaux à haute fréquence. Lorsqu'une perturbation à haute fréquence rencontre une inductance, la perturbation est atténuée et ne peut pas être transmise.

2. Capacités (condensateurs):

   Les condensateurs détournent les signaux à haute fréquence vers la terre ou les bloquent en agissant comme un court-circuit pour ces fréquences. Cela permet d'éviter que les perturbations ne pénètrent dans l'appareil à protéger ou ne soient émises par celui-ci.

3. Résistances (resistors):

   Dans certains filtres CEM, des résistances sont également utilisées pour atténuer certaines fréquences et améliorer l'effet de filtrage.

Typiquement, le filtre CEM est constitué d'une combinaison de ces composants, disposés dans différentes configurations afin de supprimer à la fois les perturbations en mode commun (même phase sur toutes les lignes) et les perturbations différentielles (phases différentes sur des lignes différentes).

Il existe différents types de filtres CEM, qui sont utilisés en fonction de l'application et du type de perturbation à supprimer. Voici les principaux types de filtres CEM :

1. Filtres de réseau (filtres EMI de réseau)

   Utilisé pour supprimer les perturbations transmises par le réseau électrique. On le trouve souvent dans les appareils ménagers, les installations industrielles et l'électronique grand public.

2. Filtres en mode commun (Common Mode Chokes)

   Suppriment les perturbations de mode commun qui apparaissent en phase sur toutes les lignes. Utilisés dans les blocs d'alimentation, les lignes de données et les systèmes de communication.

3. Filtres différentiels (Differential Mode Chokes)

   Suppriment les perturbations différentielles qui se produisent entre deux lignes. Souvent utilisés dans les appareils audio et vidéo ainsi que dans les systèmes de communication.

4. Filtres capacitifs (filtres à condensateurs)

   Utilisent des condensateurs pour bloquer les interférences à haute fréquence et laisser passer les signaux à basse fréquence. Conviennent pour une utilisation dans les circuits électroniques et les blocs d'alimentation.

5. Filtres inductifs (filtres à bobine)

   Utilisent des inductances pour atténuer les perturbations à haute fréquence. Souvent utilisés en combinaison avec des condensateurs pour former des filtres LC.

6. Filtres LC (inductance-condensateur)

   Combinaison d'inductances et de condensateurs pour atténuer efficacement les perturbations. On les trouve souvent dans les blocs d'alimentation, les alimentations à découpage et les convertisseurs de fréquence.

7. Filtre RC (résistance-condensateur)

   Combinaison de résistances et de condensateurs pour supprimer les interférences à haute fréquence. Souvent utilisés dans les circuits électroniques et les applications audio.

8. Filtre PI

   Composés de deux condensateurs et d'une inductance disposés comme la lettre "π". Efficaces dans l'atténuation des perturbations haute fréquence dans les systèmes d'alimentation électrique.

9. Filtre CEM (Compatibilité électromagnétique)

   Spécialement conçus pour améliorer la compatibilité électromagnétique des appareils. Utilisés dans les systèmes de communication, les applications automobiles et les commandes industrielles.

10. Filtres en ferrite (noyaux de ferrite et billes de ferrite)

    Utilisent des matériaux en ferrite pour supprimer les interférences à haute fréquence sur les lignes. On les trouve souvent dans les lignes de données, les câbles USB et les câbles réseau.

Ces types de filtres sont essentiels pour une multitude d'applications, des appareils ménagers aux systèmes de communication sensibles en passant par les installations industrielles, afin de garantir la compatibilité électromagnétique et un fonctionnement sans interférences.

Il existe différents types de filtres CEM qui peuvent être utilisés en fonction de l'application et du type de perturbations. Voici quelques-uns des types de filtres CEM les plus courants :

1. les filtres en mode différentiel : ces filtres sont typiquement utilisés pour supprimer les perturbations qui se produisent en mode différentiel, c'est-à-dire entre les phases ou les conducteurs d'un circuit électrique. Ils peuvent être installés aussi bien du côté du réseau que du côté de la charge.

2) Filtre de mode commun : ces filtres sont utilisés pour supprimer les perturbations qui se produisent en mode commun, c'est-à-dire sur tous les conducteurs d'un circuit électrique en même temps. Ils sont souvent installés du côté du réseau.

3) Filtres LCL : ces filtres sont constitués d'une combinaison d'inductances (L), de condensateurs (C) et de selfs (L). Ils sont utilisés pour supprimer à la fois le mode différentiel et le mode commun et offrent une bande passante plus large pour la suppression des interférences.

4) Filtres LC : ces filtres sont constitués d'une combinaison d'inductances (L) et de condensateurs (C). Ils sont principalement utilisés pour supprimer le mode différentiel et offrent une bande passante limitée pour la suppression des interférences.

Les différences entre ces filtres résident principalement dans leur configuration, le type de perturbations qu'ils peuvent supprimer, la largeur de bande de la suppression des perturbations et le coût. Certains filtres peuvent supprimer à la fois le mode différentiel et le mode commun, tandis que d'autres sont spécialisés dans un seul de ces modes. Le choix du filtre approprié dépend des besoins spécifiques de l'application et des interférences présentes.

Les filtres CEM se distinguent principalement par leur structure, leurs principes de fonctionnement et leurs applications spécifiques. Voici un aperçu détaillé des différences entre les différents types de filtres CEM :

1. Filtres de réseau (filtres EMI de réseau):

   Un filtre de réseau se compose d'inductances, de condensateurs et parfois de résistances. Il filtre les perturbations à haute fréquence qui proviennent du réseau électrique ou qui y sont émises. Les filtres de réseau sont utilisés dans les appareils ménagers, les installations industrielles et l'électronique grand public afin de garantir la compatibilité électromagnétique et un fonctionnement sans perturbations.

2. Filtres en mode commun (common mode chokes):

   Un filtre de mode commun se compose d'inductances qui influencent simultanément les deux lignes d'une paire. Il supprime les perturbations de mode commun sur toutes les lignes. Les filtres en mode commun sont utilisés dans les blocs d'alimentation, les lignes de données et les systèmes de communication afin de garantir la compatibilité électromagnétique et un fonctionnement sans interférences.

3. Filtres différentiels (Differential Mode Chokes):

   Un filtre différentiel est composé d'inductances qui fonctionnent entre deux lignes. Il supprime les perturbations différentielles qui se produisent entre les lignes. Ces filtres sont utilisés dans les appareils audio et vidéo ainsi que dans les systèmes de communication afin d'améliorer la qualité du signal et la compatibilité électromagnétique.

4. Filtres capacitifs (filtres à condensateur):

   Un filtre capacitif est composé de condensateurs. Il bloque les interférences à haute fréquence et laisse passer les signaux à basse fréquence. Les filtres capacitifs sont utilisés dans les circuits électroniques et les blocs d'alimentation afin d'améliorer la compatibilité électromagnétique et de garantir un fonctionnement sans interférences des appareils.

5. Filtres inductifs (filtres à bobine):

   Un filtre inductif (filtre à bobine) se compose d'inductances qui atténuent les perturbations à haute fréquence. Il est souvent utilisé en combinaison avec des condensateurs pour former des filtres LC. Les domaines d'application sont les circuits électroniques et les blocs d'alimentation, où il assure une suppression efficace des perturbations.

6. Filtre LC (filtre inductance-condensateur):

   Un filtre LC est composé d'inductances et de condensateurs. Il atténue efficacement les perturbations dues à la résonance entre ces composants. Les filtres LC sont utilisés dans les blocs d'alimentation, les alimentations à découpage et les convertisseurs de fréquence afin de garantir un fonctionnement sans perturbations et une meilleure compatibilité électromagnétique.

7. Filtre RC (résistance-condensateur):

   Un filtre RC est composé de résistances et de condensateurs. Il atténue les perturbations à haute fréquence grâce à la résistance et à la capacité. Les filtres RC sont utilisés dans les circuits électroniques et les applications audio afin d'améliorer la qualité du signal et de supprimer les fréquences indésirables, ce qui permet d'obtenir des performances plus stables et plus fiables.

8. Filtre PI:

   Un filtre PI se compose de deux condensateurs et d'une inductance disposés en π. Il atténue les perturbations à haute fréquence dans les systèmes d'alimentation électrique. Les filtres PI sont utilisés dans les systèmes d'alimentation et les convertisseurs DC-DC afin d'améliorer la compatibilité électromagnétique et de garantir une alimentation stable.

9. Filtres en ferrite (noyaux de ferrite et perles de ferrite):

   Les filtres en ferrite sont composés de matériaux en ferrite enroulés autour de câbles ou de fils. Ils suppriment les interférences à haute fréquence grâce au matériau magnétique de la ferrite. Les filtres en ferrite sont utilisés dans les lignes de données, les câbles USB et les câbles réseau afin de garantir une transmission de données sans interférences et une meilleure compatibilité électromagnétique.

Ces différences de structure et de fonction permettent d'utiliser les filtres CEM de manière ciblée, en fonction des exigences et de l'application, afin de garantir la compatibilité électromagnétique et le fonctionnement sans perturbations des appareils.

Un filtre réseau pour variateurs à thyristors est conçu pour atténuer les fortes augmentations de courant provoquées par la coupure de phase et les émissions parasites liées à la ligne qui en résultent. La commutation non linéaire des thyristors génère des harmoniques et des transitoires à haute fréquence qui, sans filtrage, dépasseraient les valeurs limites de CEM selon EN 61800-3. Le filtre agit ici comme un filtre passe-bas qui laisse passer la tension du réseau à basse fréquence, tandis qu'il représente une impédance série élevée et un chemin à basse impédance vers la terre pour les courants parasites à haute fréquence.

Lors de la conception technique, les ingénieurs doivent tenir compte de la résistance à la saturation des selfs face à la valeur efficace élevée du courant de charge ainsi que des courants de fuite des condensateurs en Y. Étant donné qu'un régulateur à thyristors à filtre secteur interagit souvent avec des charges inductives, un réglage précis de l'impédance du filtre est nécessaire pour éviter les surcharges de résonance dans le réseau d'alimentation. Le choix d'un design de filtre à plusieurs niveaux améliore alors la perte d'insertion dans la plage critique de 150 kHz à 30 MHz et assure l'intégrité fonctionnelle des capteurs et composants de commande voisins.

La fonction de filtre réseau CEM repose sur une désadaptation ciblée de l'impédance. Un réseau LC passe-bas réfléchit les interférences à haute fréquence vers la source ou les dévie vers la terre, tandis que la tension d'alimentation de 50 Hz passe presque sans atténuation.

Techniquement, les perturbations push-pull sont minimisées par des condensateurs X et les perturbations en mode commun par des selfs à courant compensé et des condensateurs Y. Cela garantit le respect des normes pertinentes telles que la norme CEI 60939 ou EN 55032.

Le fonctionnement du filtre EMI est indissociable d'une mise à la masse à basse impédance pour les hautes fréquences. Sans contact plat et non peint avec le boîtier, les condensateurs en Y ne peuvent pas dissiper efficacement les perturbations de mode commun, ce qui entraîne une chute massive des propriétés d'atténuation.

Les ingénieurs doivent impérativement éviter les inductances parasites dues aux longs tresses de mise à la terre. Comme la résistance inductive augmente avec la fréquence(X L = 2 ⋅ π ⋅ f ⋅ L), même un câble d'alimentation court rend le filtre transparent aux perturbations HF et donc inefficace.