Protections des entrées secteur:

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1 Protections des entrées secteur:
NOM: ……………………. Prénom: …………………… Protections des entrées secteur: Ecrêtage Ecrêtage par TVS Ecrêtage par varistance Filtrage d’alimentation En mode différentiel En mode commun C.MORELLE 2018

2 Protection d’entrée secteur
Synoptique Vpulse coupure Circuit électronique Valim écrêtage filtrage Ipulse Bloc de protection C.MORELLE 2018

3 Protection d’entrée secteur
Synoptique Fusible polyswitch Varistance TVS inductance condensateur Valim coupure écrêtage filtrage Bloc de protection C.MORELLE 2018

4 Protection d’entrée secteur
Ecrêtage C.MORELLE 2018

5 Protection d’entrée secteur Ecrêtage
Comparaison entre TVS et varistance caractéristiques TVS Transient voltage suppressor Varistance Remarques technologie semi-conducteur (diode zener) grains d'oxyde de zinc gamme de tension de 3V3 à 550V de 14V à 480V résistance dynamique très faible qque mΩ ≤ Rdyn ≤ qque 100Ω Faible qque Ω ≤ Rdyn ≤ qque KΩ La tension d'écrêtage est moins sensible aux variations de courant avec un TVS temps de réponse < 50ps <30ns mode de défaillance court-circuit durée de vie quasi- illimitée >> MTTF limitée voir courbe slide (x) énergie volumique jusqu’à 30J/cm3 permanent Jusqu’à 60J/cm3 pour 1 choc Jusqu’à 8J/cm3 permanent Le TVS est un composant planaire alors que la varistance est de type volumique. L’énergie admissible d’une varistance décroit en fonction du nombre des sollicitations. (slide 7) C.MORELLE 2018

6 Protection d’entrée secteur Ecrêteur Varistance (cms)
C.MORELLE 2018

7 Protection d’entrée secteur
Ecrêtage par TVS Transient Voltage Suppressor C.MORELLE 2018

8 Protection d’entrée secteur Ecrêteur TVS (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Vpulse Rpulse Carte électronique Valim = 230V Vpulse = 1KV Rpulse = 2Ω ou 500 Ω Vsurt ≤ 700V Hauteur composant max = 2,5mm EN Valim Vsurt C.MORELLE 2018

9 Protection d’entrée secteur Ecrêteur TVS (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Puissance 10/1000µs Gamme de tension fonction boitier Dimensions L x l x h 200W 5V  85V Unidirectionnel SOD-123FL 3,9 x 2 x 1,1 400W 6,8V  550 V bidirectionnel D0-214AC 4,6 x 2,79 x 2,29 350V  1000V 500W 5V  50V DO-214AA 5,59 x 3,94 x 2,44 600W 1000W 6,8V  180 V 1500W DO-214AB 8,13 x 6,22 x 2,62 3000W 5V  220V 5000W 12V  170V C.MORELLE 2018

10 Protection d’entrée secteur Ecrêteur TVS (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Choix SMBJ400CA (600W onde 10/1000µs ) Caractéristiques: 2.3 0.6 0.05 C.MORELLE 2018

11 Protection d’entrée secteur Ecrêteur TVS (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Choix SMBJ400CA (600W onde 10/1000µs ) Calcul de la résistance série REC1 AN: …..Ω ≤ REC1 ≤ Ω C.MORELLE 2018

12 Protection d’entrée secteur Ecrêteur TVS (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Choix SMBJ400CA (600W onde 10/1000µs ) Vpulse Rpulse Vpulse = 1KV Rpulse = 2Ω ou 500Ω 447V ≤ VBR ≤ 494V 171Ω ≤ REC1 ≤ 223Ω Vsurt ≤ 700V Carte électronique  Valim Vsurt 1,13A ≤ Isurt ≤ 1,2A Pour Rpulse = 2 Ω  Vpulse ~ 900 V  ajout d’une résistance série Rpulse = 500 Ω  Vpulse = 1265V C.MORELLE 2018

13 Protection d’entrée secteur Ecrêteur TVS (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Choix SMBJ400CA (600W onde 10/1000µs ) Vpulse Rpulse R1 Vpulse = 1KV Rpulse = 2Ω 447V ≤ VBR ≤ 494V 171Ω ≤ REC1 ≤ 223Ω Vsurt ≤ 700V Carte électronique  Valim Vsurt Isurt ≤ 1,13A Pour Vpulse = 1KV  R1 ≥ …. Ω ( …Ω valeur normalisée) Soit PR1 ≤ 0,5W  Ialim ≤ 43mA C.MORELLE 2018

14 Protection d’entrée secteur Ecrêteur TVS (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surintensité Choix SMBJ400CA (600W onde 10/1000µs ) R1 Démagnétisation d’une charge inductive Carte électronique Valim VLpulse L Vsurt Valim = 230Vac Vsurt = 700V Isurt = 1,13A VBR = 447V REC1 = 223Ω R1 = 270Ω  Vsurt VBR tdémagn Isurt Energie stockée dans L est dissipée dans R1 et TVS P (VA) = 183VA L = 0,92H tdémagn = 1,27ms C.MORELLE 2018

15 Protection d’entrée secteur
Ecrêtage par Varistance C.MORELLE 2018

16 Protection d’entrée secteur Ecrêteur Varistance (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Vpulse Rpulse Carte électronique Valim = 230V Vpulse = 1KV Rpulse = 2Ω ou 500 Ω Vsurt ≤ 700V La plus petite varistance Valim Vsurt C.MORELLE 2018

17 Protection d’entrée secteur Ecrêteur Varistance (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Energy 10/1000µs Gamme de tension Marque Série Dimensions L x l x h 1J  8J 14V  275V Littelfuse CH 8,5 x 5,26 x 2 1,5J  25J 18V  48 V AUML Format de 1206 à 2220 4J  5J 50V  60V SM7 11,7 x 8,6 x 3,9 10J  40J 115V  510V 11,7 x 8,6 x 6,3 0,5J  9,8J 14V  175V TDK / EPCOS CU3225 8,3 x 6,6 x 3,5 14,4J  16,8J 230V  300V 8,3 x 6,6 x 4,8 1,5J  24,7J 11V  175V CU4032 10,5 x 8,3 x 3,5 36,1J  43,7 10,5 x 8,3 x 4,8 76J 480V 10,5 x 8,5 x 6,5 C.MORELLE 2018

18 Protection d’entrée secteur Ecrêteur Varistance (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Choix CU3225K275 Maximum operating voltage Pour Vsurt ≤ 700V  Vvar ≈ 656 x Ivar 0,058 C.MORELLE 2018

19 Protection d’entrée secteur Ecrêteur Varistance (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Choix CU3225K275 Valim = 230V Vpulse = 1KV Rpulse = 2Ω ou 500 Ω Vsurt ≤ 700V Vsurt = 656 x Ivar 0,058  Vpulse Rpulse Carte électronique Valim Vsurt Ivar = ….A Vpulse = Rpulse x Ivar + Vsurt Pour Rpulse = 2 Ω  Vpulse = …. V  ajout d’une……….. Rpulse = 500 Ω  Vpulse = ……V C.MORELLE 2018

20 Protection d’entrée secteur Ecrêteur Varistance (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Choix CU3225K275 Valim = 230V Vpulse = 1KV Rpulse = 2Ω Vsurt ≤ 700V Vsurt = 656 x Ivar 0,058  Vpulse Rpulse R1 Carte électronique Valim Vsurt Ivar = …..A Vpulse = (Rpulse + R1) x Ivar + Vsurt Rpulse = 2 Ω  R1 ≥ …..Ω => R normalisée= …..Ω PR1 = 0,5W  Ialim ≤ 71mA C.MORELLE 2018

21 Protection d’entrée secteur Ecrêteur Varistance (cms)
Exemple Secteur 230Vac protection surtension Choix CU3225K275 R1 Démagnétisation d’une charge inductive Carte électronique Valim VLpulse L Vsurt Valim = 230Vac Vsurt = 700V Isurt = 3A VBR = 494V REC1 = 223Ω R1 = 100Ω  Vsurt VBR tdémagn Isurt Energie stockée dans L est dissipée dans R1 et TVS P (VA) = 488VA L = 345mH tdémagn = 79µs C.MORELLE 2018

22 Protection d’entrée secteur
Filtrage CEM C.MORELLE 2018

23 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage entrée secteur Carte électronique Analyseur de spectre But: Limiter les parasites « conduits » générés par la carte électronique sur la ligne d’alimentation pour garantir un niveau conforme aux exigences normatives: EN55011  CISPR11 EN55022  CISPR22 Dans la bande 150KHz  30MHz RSIL: Réseau Stabilisateur d’Impédance de Ligne RSIL Valim C.MORELLE 2018

24 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage entrée secteur RSIL: Réseau Stabilisateur d’Impédance de Ligne 150KHz ≤ F ≤ 30MHz C.MORELLE 2018

25 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage entrée secteur RSIL: Réseau Stabilisateur d’Impédance de Ligne 50Ω RRSIL Z/2 50Ω RRSIL Z/2 C.MORELLE 2018

26 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage différentiel: La source perturbatrice est une tension Mesurer le niveau émis sans filtre dans la bande 150KHz  30MHz à travers le RSIL RSIL + analyseur de spectre L1 Z/2 Carte électronique Valim V2 V1 =Z C1 Z/2 L’impédance de charge du filtre à travers le RSIL est  C.MORELLE 2018

27 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage différentiel: La source perturbatrice est une tension 2) Calculer les composants du filtre (L1, et C1) pour atténuer les parasites au niveau normatif -6db RSIL + analyseur de spectre L1 Z/2 Carte électronique Valim V2 V1 C1 Z/2 L’équation caractéristique d’un filtre LC est: (Equ1) C.MORELLE 2018

28 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage différentiel: La perturbation est une source de tension Tension perturbatrice 3) Réponse du filtre RSIL + analyseur de spectre L1 ζ= 0,1 ζ= 0,3 ζ= 0,5 ζ= 0,7 ζ= 1,0 ζ= 2,0 Z/2 Carte électronique Valim V2 V1 C1 Z/2 Chebychev : ζ ≥ Butterworth : ζ = Bessel: ζ = Linkwitz ζ = 2 A F0 (fréquence de résonnance du filtre): L1 grande C1 petit ζ élevé  (Equ2)  L1 petite C1 grande ζ faible  Avec ζ = coefficient d’amortissement ω0 = 2πF0 F0 C.MORELLE 2018

29 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage différentiel: Exemple 1: On privilégie une courbe de réponse sans surtension  ζ ≥ RSIL + analyseur de spectre L1 Calcul des composants L1, C1 De (Equ1) et (Equ2)  (Equ3) A F1, on souhaite une atténuation de -a dB. Soit ζ =  -a dBµV d’atténuation à F1 Z/2 Carte électronique Valim V2 V1 C1 Z/2 à F1 F0 = 26 KHz RRSIL = 32 Ω Z = 39 Ω L1 = 166µH C1 = 219 nF Pour - a = - 30dB F1 = 150KHz  Avec ω0 = 2πF0 ω1 = 2πF1 C.MORELLE 2018

30 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage différentiel: Exemple 1: RSIL + analyseur de spectre L1 Calcul des composants L1, C1 Réponse du filtre: Z/2 Carte électronique Valim V2 V1 C1 Z/2 ζ = - a = - 30dB F1 = 150KHz L1 = 166µH  160µH (valeur normalisée) C1 = 219 nF  220nF (valeur normalisée) C.MORELLE 2018

31 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage différentiel: Exemple 2: RSIL + analyseur de spectre L1 Calcul des composants L1, C1 L1 = 15µH (valeur max possible: pb encombrement) - a = - 30dB F1 = 150KHz De (Equ2) et (Equ3)  Z/2 Carte électronique Valim V2 V1 C1 Z/2 ζ = 0,066 F0 = 26KHz C1 = 2,3µF  2,2µF (valeur normalisée)  C.MORELLE 2018

32 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage mode commun: La perturbation est une source de courant Courant perturbateur Inductance à flux soustractif RSIL + analyseur de spectre L1 Z/2 2C1 Carte électronique Courant perturbateur I1 I2 L1 Imode commun RSIL + analyseur de spectre c Z/2 c C1 Carte électronique Valim C1 Z/2 L1 Imode commun Tension induite C.MORELLE 2018

33 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage mode commun: La perturbation est une source de courant Courant perturbateur L’équation caractéristique d’un filtre LC est: RSIL + analyseur de spectre L1 I1 Z/2 Carte électronique (Equ1) I2 2C1 A F0 (fréquence de résonnance du filtre): L1 grande C1 petit ζ élevé  (Equ2)  L1 petite C1 grande ζ faible  Avec ζ = coefficient d’amortissement ω0 = 2πF0 De (Equ1) et (Equ2)  (Equ3) C.MORELLE 2018

34 Protection d’entrée secteur Filtrage
Filtrage mode commun: Exemple 1: Courant perturbateur On privilégie une courbe de réponse sans surtension  ζ ≥ RSIL + analyseur de spectre L1 I1 Calcul des composants L1, C1 A F1, on souhaite une atténuation de -a dB. Soit ζ = Carte électronique I2 Z/2 2C1 De (Equ1), (Equ2) et (Equ3) Avec ω0 = 2πF0 ω1 = 2πF1 à F1 F0 = 20KHz RRSIL = 50 Ω Z/2 = 10,7 Ω L1 = …µH C1 = …µF Pour - a = - 40dB F1 = 200KHz  L1= … ……………….. C1= .….. ……………….. C.MORELLE 2018