Les méthodes d’investigation en CEM Jacques Cuvillier IUT de Nantes Octobre 2000 Avec les conseils de Emitech Atlantique

Pourquoi des normes de test ? Pour garantir une base cohérente et équitable dans l ’évaluation des performances CEM, des tests normalisés ont été conçus et soigneusement décrits.

Le marché de la CEE est régi par des normes harmonisées On distingue trois grandes catégories : Les normes fondamentales Les normes génériques Les normes produits ou familles de produits. Les normes spécifiques de test

Les normes fondamentales Elles comportent : la description des phénomènes électromagnétiques les caractéristiques des appareils de mesure et de génération de signaux de test la mise en œuvre des tests les recommandations de niveaux de sévérité les critères généraux de bon fonctionnement.

Les normes génériques Elles définissent : l'environnement (résidentiel, industriel...) les essais à effectuer les niveaux de sévérité des tests les critères de bon fonctionnement Elles font appel aux normes fondamentales

Les normes produits Elles définissent : l'environnement (résidentiel, industriel...) les essais à effectuer les niveaux de sévérité des tests les critères de bon fonctionnement Elles sont considérées en priorité chaque fois qu'un appareil entre dans une catégorie déterminée. Elles font appel aux normes fondamentales

Les normes de test Elles précisent les conditions d'essai de matériels spécifiés.

Garanties Tout appareil mis sur le marché doit offrir des garanties suffisantes concernant : Le niveau des perturbations qu'il émet (perturbations conduites, rayonnement) Le niveau des perturbations qu'il peut supporter sans altération du fonctionnement La sécurité "des personnes et des animaux domestiques ainsi que des biens" (Directive Basse Tension.)

Les tests concernent les modèles Les tests concernent en premier lieu les prototypes. Ils sont en principe un préalables à la déclaration de conformité Ils permettent de contrôler ensuite la production industrielle et la qualité des appareils mis sur le marché.

Les tests peuvent être différents selon les catégories d’appareils Les appareils ont été classifiés en plusieurs catégories de produits, et certaines dispositions ou normes leur sont applicables spécifiquement

Ils concernent tout ou partie de l'ensemble suivant : Tests d'immunité aux décharges électrostatiques Tests d'immunité aux perturbations conduites Tests d'immunité aux perturbations rayonnées Mesures des perturbations conduites émises Mesures des perturbations rayonnées Tests spécifiques à certains matériels

Incidence sur les coûts : Equipements de test onéreux (inaccessible à la plupart des entreprises moyennes)

Incidence sur les coûts : Nécessité d ’un personnel spécialisé

Incidence sur les coûts : Nécessité d’un site d’essais (cage de Faraday ou chambre anéchoïque)

Incidence sur les coûts : Tests généralement sous-traités (à ne pas refaire inutilement)

Réduction des coûts : Choisir les technologies les mieux adaptées Prendre en compte les exigences CEM le plus tôt possible lors de la conception du prototype Réaliser des tests intermédiaires (tests de pré-qualification)

Tests d’immunité Tests d'immunité aux décharges électrostatiques Tests d'immunité aux perturbations conduites Essais d'immunité aux creux de tension, coupures brèves et variations de tension Tests d'immunité aux perturbations rayonnées Tests d'immunité aux champs magnétiques basse fréquence

Tests d'immunité aux décharges électrostatiques (DES) Norme de référence : CEI 1000-4-2 Matériel sous test Pistolet de décharge Plan de couplage Plan de couplage Générateur Haute tension Isolant 0.9 0.1 0.7 à 1ns 30ns 60ns I crête Support isolant Plan de masse Installation de test 100 MW 150 W KV 150pF Schéma simplifié du générateur de décharges

Tests d'immunité aux perturbations conduites... Normes de référence : CEI 1000-4-4, 1000-4-5, 1000-4-6. Câble d'alimentation ou de transmission de données Pince de couplage capacitif Générateur de perturbations Appareil sous test Plan de masse conducteur Dispositif de test selon la CEI 1000-4-4

...Tests d'immunité aux perturbations conduites... Ils permettent plusieurs vérifications : Immunité aux transitoires rapides en salves (TRES) Simulation de l'influence des rayonnements électromagnétiques sur les câbles Immunité aux ondes de choc Simulation des effets de la foudre

...Tests d'immunité aux perturbations conduites... Immunité aux transitoires rapides en salves (TRES) Exemple : le générateur appliquera à la pince de couplage une salve d’impulsions de 4KV selon l'onde de tension 5/50ns

...Tests d'immunité aux perturbations conduites... Simulation de l'influence des rayonnements électromagnétiques sur les câbles On appliquera par exemple une onde sinusoïdale modulée en amplitude, en balayant les fréquences entre 150KHz et 80MHz avec des amplitudes de 1, 3 et 10V.

...Tests d'immunité aux perturbations conduites. Influence des ondes de choc sur les matériels électrodomestiques (EN 55014-2) On applique une onde de choc de 4KV en onde de tension 1.2/50ms. Sur une impédance faible, celle- ci se transforme en onde de courant 8/20 ms Simulation des effets de la foudre

Essais d'immunité aux creux de tension, coupures brèves et variations de tension Normes de référence : CEI 1000-4-11 On fait usage d'un simulateur de perturbations qui tient lieu du réseau d'alimentation. Il génère les défauts contrôlés tandis que l'on s'assure que l'appareil sous test conserve toutes ses fonctionnalités.

Tests d'immunité aux perturbations rayonnées Normes de référence : CEI 1000-4-3 Il s'agit de placer l'appareil sous test entièrement sous l'influence d'un champ électrique déterminé (valeur de 1 à 10 V/m en principe, fréquence de 80 MHz à 1 GHz).

Tests d'immunité aux champs magnétiques Il s'agit de placer l'appareil sous test sous l'influence de différents champs magnétiques : 50Hz (CEI 1000-4-8) impulsionnel (CEI 1000-4-9) oscillatoire amorti (CEI 1000-4-10)

Tests d’émission Mesures des perturbations conduites émises Mesure des harmoniques sur le réseau d ’alimentation Mesure des perturbations permanentes par conduction Mesure des perturbations conduites de haute fréquence sur les câbles d ’alimentation et les câbles de transport d ’information Mesures des perturbations rayonnées

Mesures des perturbations conduites émises Le test comprend l'évaluation : des harmoniques secteur de 50 à 2000 Hz des perturbations permanentes par conduction des perturbations conduites de haute fréquence : 150 KHz à 30 MHz Il nécessite un Réseau de Stabilisation d ’Impédance (RSIL), et un analyseur de spectre adapté.

Mesure des harmoniques sur le réseau d ’alimentation... Le test ne concerne pour le moment que les appareils de puissance au moins égale à 75W Plusieurs normes sont applicables en fonction de la nature et de la puissance des appareils La norme CEI 1000-3-2, s'applique aux appareils courants appelant au plus 16 Ampères par phase.

...Mesure des harmoniques sur le réseau d ’alimentation... La norme CEI 1000-3-2, s'applique aux appareils courants appelant au plus 16 Ampères par phase. Ils sont divisés en plusieurs catégories : les outils portatifs : classe B les équipements d'éclairage : classe C les téléviseurs et moniteurs informatiques (typiquement) : classe D les autres équipements concernés par cette norme : classe A

...Mesure des harmoniques sur le réseau d ’alimentation. Il est intéressant de noter que dans la situation actuelle, les limites des harmoniques de courant pour les appareils de classe A ne sont pas exprimées en pourcentage du courant nominal, mais en valeur absolue.

Mesure des perturbations permanentes par conduction La bande de fréquence concernée s'étend de 0 à 150 KHz. Tests soumis à la mise en application des normes découlant de la CEI 1000-4-16

Mesure des perturbations conduites de haute fréquence La bande de fréquence concernée s'étend de 150 KHz à 30 MHz. Pour une classe donnée d'appareils, la norme fournit un gabarit de valeurs limites à ne pas dépasser. Elles concernent : la valeur quasi-crête la valeur moyenne de la perturbation. Ordre de grandeur : de 40 à 80 mV.

Mesures des perturbations rayonnées... Cette partie des essais CEM est sans doute la plus contraignante, la plus délicate et la plus longue. Elle fait l’objet d’une importante documentation. La bande de fréquence s'étend de 30 MHz à 1 GHz..

...Mesures des perturbations rayonnées. On utilise un système d'antennes calibrées et un analyseur de spectre large bande ou un récepteur de mesure spécialisé. Les tests idéaux se feraient théoriquement sur un plan réfléchissant, dans un espace vaste et libre, à l ’abri de rayonnements électromagnétiques. Dans la pratique, ils se font en chambre anéchoïque.