CEM en électronique de puissance - Sources de perturbations, couplages, SEM

Le principe de la compatibilité électromagnétique (CEM) consiste à permettre le fonctionnement correct et optimal de tout dispositif électrique en présence d’autres, chacun étant en fonctionnement nominal. Autrement dit, c’est le droit pour chacun de « vivre » sans « gêner » son voisin. De cette définition découlent trois pôles d’intérêt : l’étude des sources de perturbations, l’étude des couplages et, enfin, l’étude de l’impact des perturbations sur une « victime », domaine de la susceptibilité électromagnétique (SEM). Dans cet article, nous appliquons cette problématique au domaine de l’électronique de puissance. L’article sera consacré aux méthodes de réduction et à la simulation.

Le fonctionnement d’un convertisseur statique est intrinsèquement polluant, les grandeurs électriques étant fortement variables, sur des durées très courtes (1 µs à 10 ns), avec de fortes amplitudes (de l’ordre du kilovolt et du kiloampère) et des fréquences pouvant être élevées (100 Hz à 1 MHz). Plus que leur amplitude, ce sont surtout les dérivées de ces grandeurs qui sont à l’origine des perturbations électromagnétiques. En effet, tous les phénomènes de couplage s’opèrent proportionnellement à la dérivée d’une grandeur électrique.

Si l’on observe les perturbations électromagnétiques émises par un convertisseur statique sur une échelle de fréquence, comme il est représenté ci-après, on constate qu’elles s’échelonnent sur 7 décades. En effet, chaque étage de conversion contribue à perturber sur une plage fréquentielle dépendant de sa fréquence de commutation, le redresseur d’entrée jusqu’à quelques 10 kHz, l’étage à commutation HF jusqu’à quelques mégahertz et les phénomènes liés aux transitions de commutation (résonances, excitation des modes propres) jusqu’à quelques dizaines de mégahertz..

Par ailleurs, la diffusion des convertisseurs statiques dans les équipements « grand public » multiplie les sources de pollution. Le problème de la CEM en électronique de puissance va donc consister, en agissant sur les caractéristiques temporelles des signaux, à limiter leur étendue spectrale ou à tenter de confiner dans le convertisseur tous les effets parasites indésirables.

Les travaux qui sont présentés dans cet article reflètent un double souci : la compréhension et l’analyse des phénomènes parasites, afin de mieux les contrôler et réduire leurs effets néfastes, mais également...