FR3113806A1 - Filtre EMI empilable - Google Patents

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FR3113806A1
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Alessandro AMADUCCI
Enrico Mazzola
Jean-Pierre GREBER
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Schaffner EMV AG
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Abstract

Filtre EMI comprenant une unité principale (115) pouvant être connectée à un module additionnel empilable (120), l'unité principale comportant des connecteurs (51, 52 ; 53, 54), des conducteurs de puissance (42, 44), un élément inductif (L1-L4) destiné à bloquer un signal de brouillage indésirable superposé à une tension d'alimentation ; le module additionnel empilable comprenant un circuit électrique supplémentaire (20) sur une carte de circuit imprimé (127), la carte de circuit imprimé (127) étant connectée électriquement de manière permanente aux conducteurs de puissance (42, 44) par des moyens de connexion de module additionnel (32, 34), de sorte que le module additionnel empilable est configuré pour être empilé sur l'unité principale, de sorte que la carte de circuit imprimé, lorsqu'elle est empilée, se raccorde aux moyens de connexion de module additionnel sans interrompre la continuité électrique des conducteurs de puissance (42, 44). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2

Description

Filtre EMI empilable
La présente invention concerne des filtres de protection contre le brouillage électromagnétique (filtres EMI). Le concept de filtre EMI couvre et est, aux fins de la présente invention, synonyme de : filtres de compatibilité électromagnétique (filtres EMC), filtres de ligne, selfs EMI/EMC et filtres passe-bas.
Art antérieur
La plupart des applications des filtres EMI mettent en jeu des modules passifs qui sont insérés entre un dispositif et sa source d'alimentation, le long des conducteurs d'alimentation qui peuvent transporter soit un courant d'alimentation continu (DC), soit un courant d'alimentation alternatif (AC) ayant une fréquence secteur inférieure à 400 Hz, généralement de 50/60 Hz.
Les filtres passe-bas se présentent sous la forme d'une variété presque infinie de circuits, dont beaucoup peuvent être utilisés en tant que filtres EMI. Un filtre EMI à courant continu ou à courant alternatif monophasé comporte généralement deux bornes de ligne et deux bornes de charge qui sont connectées de manière interne par un trajet à faible résistance comprenant des conducteurs et des éléments inductifs. Le filtre comporte également des éléments de shunt, généralement de nature capacitive ou résistive, de sorte que le courant d'alimentation passe à travers le filtre en étant peu ou pas modifié, et que les brouillages électromagnétiques, qui se produisent à des fréquences plus élevées, sont fortement atténués. Il est fréquent que le trajet entre les bornes de ligne et de charge soit constitué par des conducteurs de fort calibre ou des barres omnibus pleines, afin de minimiser les pertes ohmiques.
Il existe également des filtres EMI à courant alternatif polyphasé, auxquels la présente invention s'applique également. Le nombre de bornes de ligne et de charge présentes dans ces dispositifs correspond au nombre de phases, auxquelles s'ajoute facultativement une paire destinée à un conducteur neutre.
Bien que les accès d'un filtre EMI soient classiquement désignés sous les noms de "ligne" et de "charge" ou d'"entrée" et de "sortie", de nombreux filtres sont en fait bidirectionnels et atténuent les brouillages dans les deux sens. Les filtres EMI ne sont pas limités à une insertion directe entre une ligne d'alimentation et une charge, mais trouvent également leur place dans des équipements plus complexes, comme par exemple dans des unités d'entraînement à moteur.
Outre leurs caractéristiques électriques et de filtrage, les filtres EMI doivent également répondre à des critères de dimensions, de dissipation thermique, de résistance à la chaleur, d'immunité aux vibrations et à de nombreux autres paramètres. Dans les applications automobiles dans lesquelles les composants électriques sont de plus en plus courants, ces critères sont particulièrement stricts. Par conséquent, malgré l'apparente simplicité du circuit électrique sous-jacent, les filtres EMI sont des produits complexes, difficiles à concevoir et à adapter à toutes les applications possibles.
Brève présentation de l'invention
La présente invention a pour objet un filtre empilable qui peut être adapté à différentes applications par superposition de différents modules additionnels sur une unité de base.
Selon l'invention, ces buts sont atteints par l'objet des revendications annexées. En particulier, l’invention porte sur un filtre EMI comprenant une unité principale pouvant être connectée à un module additionnel empilable, l'unité principale comportant des connecteurs destinés à être connectés entre une source d'alimentation et une charge électrique, des conducteurs de puissance pouvant être connectés électriquement par les connecteurs entre la source d'alimentation et la charge électrique, un élément inductif destiné à bloquer un signal de brouillage indésirable superposé à une tension d'alimentation ; le module additionnel empilable comprenant un circuit électrique supplémentaire sur une carte de circuit imprimé, la carte de circuit imprimé étant connectée électriquement de manière permanente aux conducteurs de puissance par des moyens de connexion de module additionnel, de sorte que le module additionnel empilable est configuré pour être empilé sur l'unité principale, de sorte que la carte de circuit imprimé, lorsqu'elle est empilée, se raccorde aux moyens de connexion de module additionnel sans interrompre la continuité électrique des conducteurs de puissance.
Selon d’autres caractéristiques optionnelles du procédé, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
  • les conducteurs de puissance sont des barres omnibus pleines.
  • les moyens de connexion de module additionnel sont des plots conducteurs s'élevant à partir des barres omnibus et en contact électrique avec celles-ci.
  • les moyens de connexion de module additionnel sont réalisés d'un seul tenant avec les barres omnibus, ou brasés aux barres omnibus, ou soudés aux barres omnibus, ou emmanchés à force sur les barres omnibus, ou pressés contre les barres omnibus.
  • le circuit électrique supplémentaire modifie les performances de l'unité principale, ou améliore l'atténuation dans une bande de fréquence déterminée, ou supprime une résonance, ou ajoute une fonction.
  • le circuit électrique supplémentaire comprend un condensateur entre les lignes d'alimentation et la masse, et/ou un condensateur interligne, et/ou des résistances d'amortissement, et/ou des réseaux RLC, et/ou des éléments actifs.
  • l'unité principale est une unité à courant continu ou à courant alternatif monophasé comportant une paire de barres omnibus en tant que conducteurs de puissance, comprenant des noyaux magnétiques couplés magnétiquement aux barres omnibus de puissance en tant qu'éléments inductifs, et des condensateurs de ligne à masse destinés à shunter une composante de brouillage indésirable, et l'unité additionnelle empilable comprend des condensateurs de ligne à masse et de ligne à ligne supplémentaires et des résistances d'amortissement en série ou en parallèle.
  • l'unité principale est un filtre monté sur câble, configuré pour être monté sur une paire de conducteurs à câbles côté charge ou côté ligne, dans lequel des conducteurs flexibles sont magnétiquement couplés à, et insérés dans un noyau magnétique du filtre EMI.
Des exemples de modes de réalisation de l'invention sont présentés dans la description et illustrés par les dessins, dans lesquels :
illustre schématiquement le circuit électrique d'un filtre EMI,
et illustrent un filtre dont les caractéristiques électriques sont différentes de celles de la , grâce à l'ajout de composants supplémentaires,
illustre le filtre empilable de l'invention.
Exemples de modes de réalisation de la présente invention
La représente un filtre EMI 15 à courant continu ou monophasé. La présente divulgation fera référence à ce type de dispositif par souci de concision, étant entendu que l'invention couvre également les filtres polyphasés. Le filtre comporte des bornes de ligne 51, 52 pour la connexion à une ligne d'alimentation, et des bornes de charge 53, 54 pour délivrer une puissance filtrée à une charge non représentée. La ligne et la charge sont connectées par des barres omnibus 42, 44, ou d'autres conducteurs de puissance appropriés, des éléments inductifs L1-L4 étant interposés.
Des condensateurs C1, C2 assurent la dérivation à la masse de courants de brouillage indésirables. Ils sont connectés entre les conducteur de puissance 42, 44 (e.g. barres omnibus) et la masse, ou un autre nœud ayant une impédance suffisamment faible aux fréquences auxquelles les brouillages se produisent.
Le filtre EMI 15 peut faire partie d'une unité de base du filtre de l'invention, comme cela sera décrit dans ce qui suit.
La illustre un filtre qui comporte tous les éléments du filtre 15, ainsi que des circuits supplémentaires 20 (e.g. composants de shunt supplémentaires). Les composants de shunt comprennent deux éléments de shunt supplémentaires entre la barre omnibus et la masse : R2, C4, respectivement R3, C5, et une shunt de ligne à ligne composée de R1 et C3.
Dans l'exemple présenté, les éléments supplémentaires sont chacun composés d'un condensateur et d'une résistance en série, afin d'améliorer l'atténuation et l'amortissement, mais cela n'est pas essentiel, et l'invention n'est pas limitée à cela. Dans d'autres variantes non représentées, les circuits supplémentaires 20 peuvent comporter des résistances d'amortissement en parallèle avec les composants réactifs plutôt qu'en série comme représenté, ou être simplement constitués de résistances d'amortissement, connectées entre les lignes ou entre les lignes et la masse, qui sont électriquement connectées en parallèle avec les condensateurs du circuit principal, ou simplement de condensateurs, entre les lignes et la masse ou entre les lignes. Les composants supplémentaires peuvent également comporter un réseau RLC de topologie quelconque, et des éléments actifs.
L'ajout de circuits supplémentaires 20, tels que des composants de shunt, au filtre EMI 15 modifie la fonction de transfert du filtre et/ou modifie ses performances, en améliorant éventuellement l'atténuation dans une certaine bande de fréquence souhaitée, en supprimant une résonance, ou en ajoutant une fonction quelconque au moyen d'éléments actifs.
Les circuits supplémentaires 20 peuvent faire partie d'un module additionnel empilable selon l'invention, comme cela sera expliqué plus loin.
La illustre la manière dont les circuits supplémentaires 20 peuvent être ajoutés au filtre EMI 15 original sans compromettre la continuité des barres omnibus (i.e. conducteur de puissance 42, 44). Les circuits supplémentaires 20 et le filtre EMI 15 original peuvent commodément être maintenus à des niveaux différents, la connexion étant assurée par deux éléments conducteurs 32, 34 qui relient les barres omnibus (i.e. conducteur de puissance 42, 44) à des nœuds appropriés du circuit supplémentaire 20. Les conducteurs 32, 34 doivent avoir une faible impédance à la fréquence à laquelle les brouillages se produisent, mais ils ne sont pas parcourus par le courant de charge en courant continu ou à basse fréquence et ne contribuent pas sensiblement aux pertes de puissance. La continuité électrique entre les points de masse du circuit original et le circuit supplémentaire 20 est implicite.
La illustre le filtre empilable de l'invention avec un élément de base qui comprend des connecteurs destinés aux bornes de ligne et de charge, des barres omnibus, des éléments inductifs, et éventuellement des éléments de shunt, et un module additionnel empilable 120 sur l'élément principal, avec un circuit électrique comprenant un composant électrique supplémentaire monté sur une carte de circuit imprimé 127, comme par exemple le circuit supplémentaire 20 représenté ci-dessus. L'ensemble comprend également deux éléments conducteurs 132, 134 qui sont reliés aux barres omnibus ou aux connecteurs sur le côté de l'élément de base 15 et se raccordent à la carte de circuit imprimé de l'élément additionnel empilable. Une troisième connexion électrique destinée à la masse peut être obtenue à l'aide de conducteurs dédiés ou d'un châssis métallique de l'élément de base. Dans l'exemple présenté, les connecteurs de masse 138 sont soudés dans des trous correspondants 128 de la carte de circuit imprimé 127 et vissés à un point de mise à la masse approprié de l'unité principale 115 de filtrage.
Les éléments de contact 134, 132 peuvent faire partie intégrante de la structure de la barre omnibus (issus de la même pièce de cuivre) ou être des éléments séparés soudés à la barre omnibus, brasés à celle-ci ou fixés à la barre omnibus par interaction et frottement (emmanchement à force). Les éléments de contact peuvent également être une pièce séparée qui est pressée contre la barre omnibus. Le contact entre les éléments de contact 134, 132 et les pistes correspondantes de la carte de circuit imprimé 127 est de préférence soudé ou fixé par emmanchement à force. L'exemple de la comporte des trous 122, 124 dans la carte de circuit imprimé 127 pour recevoir et souder les éléments de contact 134, 132.
L'unité principale de la est un filtre EMI monté sur câble destiné à des applications automobiles, qui est configuré pour être couplé à une paire de conducteurs flexibles côté charge ou côté ligne. Les conducteurs passent par le trou central du noyau magnétique 137 et sont fixés à des bornes à vis (non visibles sur la figure) de l'unité principale 115. L'unité principale 115 présente des ouvertures d'accès 139 permettant d'insérer un tournevis, ou un autre outil approprié, et de serrer les bornes à vis. De même, la carte de circuit imprimé du module additionnel empilable 120 présente des ouvertures 129 alignées avec les ouvertures d'accès 139 correspondantes de l'unité principale 115 pour permettre l'insertion du tournevis.
Le filtre empilable représenté sur la est un dispositif hautement intégré et compact et il serait difficile d'en remanier la conception afin d'en modifier les performances. La présente invention fournit un assortiment de filtres ayant des performances différentes, dans un même ensemble ou dans des ensembles compatibles, en combinant une même unité de base avec différents modules additionnels empilables.
De plus, l'ajout du module additionnel empilable 120 améliore de manière souhaitable les caractéristiques de l'unité principale 115, sans influence sur la conception des barres omnibus, les interfaces mécaniques, les connecteurs et la conception du noyau magnétique. L'invention permet donc d'améliorer les performances des filtres EMI et de fournir des filtres personnalisés, avec moins d'efforts de conception et d'ingénierie.
Symboles de référence dans les figures
15 circuit principal
20 circuit supplémentaire
32 conducteur
34 conducteur
42 Conducteur de puissance de type - barre omnibus
44 Conducteur de puissance de type - barre omnibus
51 borne de ligne
52 borne de ligne
53 borne de charge
54 borne de charge
115 unité principale
120 module additionnel empilable
122 trou de carte de circuit imprimé
124 trou de carte de circuit imprimé
127 carte de circuit imprimé
128 trou de carte de circuit imprimé
129 ouvertures d'accès pour tournevis
132 conducteur, broche de connexion
134 conducteur, broche de connexion
137 noyau magnétique
138 conducteur de masse
139 ouvertures d'accès pour tournevis

Claims (8)

  1. Filtre EMI comprenant une unité principale (115) connectée à un module additionnel empilable (120), l'unité principale comportant des connecteurs (51, 52 ; 53, 54) destinés à être connectés entre une source d'alimentation et une charge électrique, des conducteurs de puissance (42, 44) pouvant être connectés électriquement par les connecteurs entre la source d'alimentation et la charge électrique, un élément inductif (L1-L4) destiné à bloquer un signal de brouillage indésirable superposé à une tension d'alimentation ; le module additionnel empilable comprenant un circuit électrique supplémentaire (20) sur une carte de circuit imprimé (127), la carte de circuit imprimé (127) étant connectée électriquement de manière permanente aux conducteurs de puissance (42, 44) par des moyens de connexion de module additionnel (32, 34), de sorte que le module additionnel empilable est configuré pour être empilé sur l'unité principale, de sorte que la carte de circuit imprimé, lorsqu'elle est empilée, se raccorde aux moyens de connexion de module additionnel sans interrompre la continuité électrique des conducteurs de puissance (42, 44).
  2. Filtre EMI selon la revendication 1, dans lequel les conducteurs de puissance (42, 44) sont des barres omnibus pleines.
  3. Filtre EMI selon la revendication 2, dans lequel les moyens de connexion de module additionnel (32, 34) sont des plots conducteurs s'élevant à partir des barres omnibus et en contact électrique avec celles-ci.
  4. Filtre EMI selon la revendication 3, dans lequel les moyens de connexion de module additionnel (32, 34) sont réalisés d'un seul tenant avec les barres omnibus, ou brasés aux barres omnibus, ou soudés aux barres omnibus, ou emmanchés à force sur les barres omnibus, ou pressés contre les barres omnibus.
  5. Filtre EMI selon la revendication 1, dans lequel le circuit électrique supplémentaire (20) modifie les performances de l'unité principale (115), ou améliore l'atténuation dans une bande de fréquence déterminée, ou supprime une résonance.
  6. Filtre EMI selon la revendication 1, dans lequel le circuit électrique supplémentaire (20) comprend un condensateur entre les lignes d'alimentation et la masse, et/ou un condensateur interligne, et/ou des résistances d'amortissement, et/ou des réseaux RLC, et/ou des éléments actifs.
  7. Filtre EMI selon la revendication 1, dans lequel l'unité principale (115) est une unité à courant continu ou à courant alternatif monophasé comportant une paire de barres omnibus en tant que conducteurs de puissance (42, 44), comprenant des noyaux magnétiques couplés magnétiquement aux barres omnibus de puissance en tant qu'éléments inductifs, et des condensateurs de ligne à masse destinés à shunter une composante de brouillage indésirable, et l'unité additionnelle empilable comprend des condensateurs de ligne à masse et de ligne à ligne supplémentaires et des résistances d'amortissement en série ou en parallèle.
  8. Filtre EMI selon la revendication 7, dans lequel l'unité principale (115) est un filtre monté sur câble, configuré pour être monté sur une paire de conducteurs à câbles côté charge ou côté ligne, dans lequel des conducteurs flexibles sont magnétiquement couplés à, et insérés dans un noyau magnétique du filtre EMI.
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