CEM

La compatibilité électromagnétique est la capacité des équipements électriques et électroniques à fonctionner de manière fiable en présence d'interférences électromagnétiques, et à n'émettre eux-mêmes que des niveaux d'interférences tolérables. Dans une usine, un hôpital ou une installation de télécommunications remplie de moteurs, d'alimentations à découpage, d'émetteurs radio et d'instruments sensibles fonctionnant tous à proximité, la CEM n'est pas facultative: un équipement qui rayonne du bruit ou qui ne peut pas tolérer le bruit de ses voisins fonctionnera mal, provoquera une corruption des données, déclenchera de fausses alarmes ou tombera complètement en panne.

Les exigences en matière de CEM prennent deux formes: l'immunité et les émissions. L'immunité est la résilience de l'équipement face aux perturbations externes, à la fois conduites (bruit se propageant le long des câbles d'alimentation et de signal) et rayonnées (bruit dans le champ électromagnétique). Les émissions sont les signaux indésirables que l'équipement lui-même produit et diffuse dans l'environnement. Un appareil industriel de classe A pourrait tolérer des interférences rayonnées jusqu'à 10 V/m et ne doit pas émettre plus de 74 dBµV/m à 10 mètres, tandis qu'un équipement grand public de classe B a des limites d'émission plus strictes mais des exigences d'immunité moins rigoureuses.

Les mécanismes physiques d'interférence sont bien compris. La commutation haute fréquence dans les alimentations génère des harmoniques et des émissions parasites sur une large bande. Les balais de moteur et les contacts de commutation créent un bruit impulsif qui se couple capacitivement et inductivement aux conducteurs proches. Les câbles CA transportant des courants importants rayonnent des champs magnétiques qui induisent des tensions dans les boucles de signal. Une charge inductive de 50 A coupée soudainement peut générer des pointes de tension de plusieurs kilovolts. Ces perturbations se propagent le long du câblage secteur, dans l'air, à travers les structures métalliques des bâtiments, et peuvent perturber le fonctionnement des microcontrôleurs, corrompre les signaux numériques ou bloquer les relais statiques dans des états dangereux.

La CEM est conçue dès le niveau du circuit. Le filtrage au point d'entrée du secteur élimine les émissions haute fréquence avant qu'elles n'entrent dans le système de distribution. Le blindage des câbles de signal et le blindage du boîtier bloquent les champs rayonnés. La séparation des circuits de puissance élevée et de signal, les chemins de retour acheminés vers des points étoiles et une mise à la terre appropriée réduisent tous le couplage. Le choix des composants est important: les pièces avec des fronts de commutation plus lents produisent moins d'énergie spectrale à haute fréquence. La disposition des pistes de circuit imprimé et l'agencement mécanique des sous-ensembles dans un boîtier sont aussi importants que le choix des composants.

La conformité est vérifiée par des tests d'émissions dans une chambre anéchoïque ou sur un site d'essai en plein air, et par des tests d'immunité: exposer délibérément l'équipement à des perturbations normalisées (impulsions conduites, champs rayonnés, transitoires électriques rapides) et confirmer qu'il continue de fonctionner conformément aux spécifications. Dans l'Union européenne, le marquage CE exige la démonstration de la CEM conformément à la directive sur la compatibilité électromagnétique. En Amérique du Nord, les règles de la partie 15 de la FCC régissent les appareils électroniques sans licence. Les équipements industriels suivent généralement les normes de la série CEI 61800 pour les systèmes d'entraînement de puissance, la CEI 60947 pour les appareillages de commande, ou des normes spécifiques aux équipements dans les secteurs médical, aérospatial ou des télécommunications.