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Plateforme pédagogique en électronique de puissance
HeP200 EMC Explorer • Version 1.0

LABORATOIRE INTERACTIF HANDSON ePOWER

HeP200 — Explorateur CEM d’un convertisseur Flyback

Comprendre l’origine des perturbations conduites et rayonnées, suivre les courants de mode différentiel et de mode commun, interpréter la FFT et la mesure LISN, puis construire une correction adaptée au Flyback HeP200.

Flyback réel HeP200DM / CM / rayonnéFFT & LISNFiltres & diagnostic
Convertisseur étudiéHeP200 Flyback
Fréquence nominale85 kHz
DomainesConduit & rayonné
ObjectifDiagnostic CEM guidé
HandsOn ePower · HeP200 · Laboratoire CEM interactif · V32

Guide du laboratoire

HeP200 EMC Explorer accompagne l’apprenant depuis l’identification des sources de perturbations jusqu’à la validation d’une correction. Le laboratoire relie le convertisseur Flyback réel, les chemins de propagation, les formes d’onde, l’analyse fréquentielle, la mesure conduite, le filtrage et le diagnostic.

Objectifs pédagogiques

Comprendre les mécanismes CEM
Relier di/dt, dv/dt, capacités et inductances parasites aux perturbations observées.
Distinguer DM, CM et rayonné
Identifier les chemins de courant et les signatures associées.
Mesurer et interpréter
Lire formes d’onde, FFT, niveaux LISN et marges par rapport à une limite.
Maîtriser les grandeurs logarithmiques
Utiliser dB, dBµV, dBµA, dBm et les conversions sur impédance.
Diagnostiquer et corriger
Construire une chaîne de preuve et sélectionner une action techniquement justifiée.

Prérequis recommandés

Flyback : phases de stockage et de transfert d’énergie, courant primaire et tension drain.

Électronique de puissance : MOSFET, diode, transformateur, condensateurs et inductances.

Mesure : notions d’oscilloscope, sondes de courant et analyse fréquentielle.

Mathématiques : logarithmes, valeurs efficaces et rapports de grandeurs.

Principe pédagogique : modifier un seul paramètre à la fois, observer son effet, formuler une hypothèse puis la vérifier par une mesure ou un essai discriminant.

Parcours du laboratoire

Les étapes ci-dessous correspondent aux modules disponibles dans cette version de référence. Lors d’une première utilisation, suivez-les dans l’ordre.

Démarche de diagnostic CEM

👁️ObserverRepérer le symptôme, la fréquence et les conditions d’apparition.
📏MesurerChoisir le point de mesure, l’instrument et la grandeur pertinente.
🧩IdentifierSéparer source, chemin de propagation et victime.
💡Formuler une hypothèseExpliquer physiquement les indices observés.
🧪TesterChoisir un essai discriminant qui confirme ou invalide l’hypothèse.
🔧CorrigerAgir d’abord sur la source et le chemin, puis compléter par le filtrage.
ValiderComparer avant/après et contrôler les compromis électriques, thermiques et CEM.

Calculs CEM : comment utiliser les dB ?

Le module Calculs CEM permet de passer des grandeurs linéaires aux niveaux logarithmiques utilisés dans les mesures CEM.

GrandeurRelation
Rapport tension / courant20 log₁₀(X₂/X₁)
Rapport de puissance10 log₁₀(P₂/P₁)
Tension en dBµV20 log₁₀(V / 1 µV)
Courant en dBµA20 log₁₀(I / 1 µA)
Puissance en dBm10 log₁₀(P / 1 mW)
Repères : 60 dBµV = 1 mV. Une réduction de 6,02 dB correspond approximativement à une division par 2 de la tension ou du courant. À 50 Ω, 0 dBm ≈ 106,99 dBµV.

Scénarios CEM et solutions expertes

Les scénarios constituent l’étape d’application. Les scénarios 1 à 6 développent le diagnostic qualitatif ; les scénarios 7 et 8 prolongent cette démarche par une analyse quantitative des mécanismes DM et CM à partir de di/dt et dv/dt. Pour chaque cas, l’utilisateur construit son raisonnement avant de consulter la solution experte.

1. Analyser les symptômes
Forme d’onde, bande de fréquence, niveau et conditions de fonctionnement.
2. Identifier la cause probable
Choisir l’hypothèse qui explique l’ensemble des indices.
3. Choisir le test discriminant
Confirmer ou invalider l’hypothèse par un essai pertinent.
4. Proposer la correction
Traiter la source ou le chemin dominant.
5. Étudier la solution experte
Comparer votre raisonnement à la chaîne Observation → Hypothèse → Test → Correction → Validation.

Bonnes pratiques

• Commencer par comprendre le chemin du courant avant de choisir un filtre.

• Modifier un seul paramètre à la fois pour conserver une relation claire entre cause et effet.

• Utiliser la FFT pour identifier des signatures, mais revenir au domaine temporel pour comprendre leur origine physique.

• Comparer systématiquement les niveaux avant et après correction.

• Vérifier rendement, température, contraintes électriques, stabilité et coût après toute modification.

Interprétation des résultats

Les courbes, FFT et spectres de l’outil sont conçus pour mettre en évidence les mécanismes physiques et les tendances CEM du Flyback HeP200.

Important : les représentations pédagogiques ne constituent pas une mesure de conformité. Une validation réglementaire exige une chaîne de mesure calibrée, les détecteurs, bandes passantes, configurations de câbles et conditions d’essai prescrits par la norme applicable.
Compétences visées en fin de parcours
Identifierles principales sources de bruit du Flyback.
Tracerles chemins DM, CM et les boucles responsables du rayonnement.
Interpréterles formes d’onde, FFT et mesures LISN.
CalculerdB, dBµV, dBµA, dBm, rapports et marges.
Diagnostiquerpar hypothèse et test discriminant.
Corriger et validerune amélioration avec une démarche avant/après.
D’où viennent les perturbations CEM?
Composant responsable → mécanisme physique → forme d’onde → chemin de propagation → spectre → mesure → correction.
Cause fondamentale 1
Fort di/dt
Boucles de courant
Cause fondamentale 2
Fort dv/dt
Couplage capacitif
Cause fondamentale 3
Éléments parasites
Ringing / resonance
Cause fondamentale 4
Grandes géométries
Radiated EMI

Cartographie des sources de bruit de la Flyback

Composant responsable
MOSFET
Mécanisme
di/dt + dv/dt
Mode EMI
DM + CM + RAD
Signature
fs + ringing

Pourquoi?

Comment réduire?

Suivre le chemin du bruit

Sources de bruit différentiel: courant pulsé entre Vin+ et Vin−. Les principaux éléments physiques sont le MOSFET, le primaire, Cin et les parasites de la boucle.
Ipeak
di/dt
Ton
fs

Formes d’onde de courant

Sources de bruit commun: le MOSFET crée le fort dv/dt. Le transformateur via Cps et les autres capacités parasites fournissent le chemin du courant de déplacement.
VDS
Rise time
dV/dt
iCM peak
Molette sur la courbe: zoom. Shift + molette: déplacement.

Tension drain-source VDS — source du dv/dt

Cette courbe montre la tension commutée et le ringing. Elle n’est pas un courant de mode commun.
VDS (V)

Courant de mode commun iCM — conséquence via Cps

Le courant est calculé à partir de iCM = Cps × dVDS/dt. Les impulsions apparaissent aux fronts et le ringing produit une composante oscillatoire HF.
iCM (A)
Vue globale de VDS et fenêtre affichée
Sources de bruit rayonné: di/dt × aire de boucle → champ H. dv/dt × surface commutée → champ E.
Indice de champ magnétique
Indice de champ électrique
Composant(s) responsable(s)
Mécanisme physique
Mode CEM
Signature spectrale

Pourquoi cela se produit

Comment le réduire

Flyback HeP200 — schéma simple et chemins CEM

Principe pédagogique: le même schéma réel simplifié du Flyback HeP200 est conservé. Aucun générateur de bruit abstrait ne remplace le convertisseur: les chemins CEM sont superposés directement au circuit. Cela évite de confondre le fonctionnement énergétique, le courant différentiel, le courant de mode commun et le ringing.

Courant différentiel sur le schéma réel du Flyback HeP200

Entrée 12–16 VMême convertisseur — seule la surcouche CEM change Sortie isolée + Vin LISN mesure conduite Cin HF Transformateur HeP200 Lm, Lk et Cps MOSFET nœud drain commuté R CoutCharge Boucle chaude réelle: Cin → primaire → MOSFET Courant DM résiduel: atteint la branche primaire sur Vin+ et revient par Vin−

Lecture guidée

1. Fonctionnement utile: lorsque le MOSFET est passant, le courant monte dans le primaire. Cin fournit localement ce courant impulsionnel.

2. Naissance du bruit: les fronts rapides et l'inductance de boucle créent une composante haute fréquence.

3. Propagation: si Cin est trop loin ou trop inductif, une partie du courant HF remonte vers la source et la LISN.

4. Signature: raies à 85 kHz et à ses harmoniques, plus éventuellement une composante MHz liée au ringing.

Action prioritaire: réduire l'aire de la boucle Cin–primaire–MOSFET et rapprocher le condensateur HF avant d'ajouter LDM/CX.

Ce que montre la vue active

Message d'ingénierie

Fréquence de découpage
Résonance parasite
Résolution FFT
Échelle
dB relatifs au pic
Lecture: le courant primaire produit des raies à fs et à ses harmoniques. Le pic proche de la résonance parasite n’apparaît que sur les signaux qui contiennent réellement le ringing.
Temps
Fréquence — échelle logarithmique (10 kHz à 20 MHz) 0 dB−50−100
Expérience guidée: du courant perturbateur à la décision CEM
1. SourceCourant pulsé d’entrée ou courant de déplacement via Cps.
2. LISNImpédance HF maîtrisée et port 50 Ω.
3. MesureV1 et V2 deviennent des tensions observables.
4. SéparationCalcul des composantes DM et CM.
5. ActionChoisir une correction adaptée au mode dominant.
Schéma interne simplifié d’une branche LISN
Source DCHeP200 L LISN 50 Ω Condensateur de couplage RFPort vers analyseur EMI
Lecture: le courant continu traverse l’inductance vers le convertisseur; le bruit HF est dérivé vers le port 50 Ω tandis que la source est découplée.
Chaîne physique complète
PerturbationiDM ou iCM LISNZ(f) connue TensionV1 / V2 FFT / dBµVDécision La LISN ne mesure pas directement le courant primaire: elle convertit le courant perturbateur en tension RF mesurable.
Mode DM: iIN(t) → courant résiduel dans la LISN → V1/V2 opposées → raies à fs.
Mode CM: VDS(t) → dVDS/dt → Cps → iCM(t) → V1/V2 en phase.
Expérience V1 / V2 → séparation DM / CM
Convention utilisée: VDM = (V1 − V2)/2 et VCM = (V1 + V2)/2. Le facteur 1/2 permet de retrouver l’amplitude de chaque mode dans une décomposition symétrique.

V1 — Vin+

V2 — Vin−

Composante différentielle VDM

Composante commune VCM

VDM
VCM
Mode dominant
Action prioritaire
À retenir
La LISN impose une référence d’impédance et rend les essais comparables.
À mesurer
V1 et V2 avec la même bande, le même détecteur et des voies synchrones.
À modifier
La source ou le chemin correspondant au mode réellement identifié.
À vérifier
Bruit de fond, 50 Ω, saturation, RBW, câblage et répétabilité.
Ce que cette partie permet de mettre en évidence
Mesure → besoinLe dépassement par rapport à la limite, augmenté de la marge, donne l’atténuation minimale à obtenir.
Mode → topologieUn bruit DM appelle LDM/CX; un bruit CM appelle LCM/CY. Les confondre conduit à un filtre inefficace.
Filtre → validation réelleLa fréquence de coupure seule ne suffit pas: SRF, saturation, ESL, amortissement et layout déterminent le résultat réel.
Concevoir à partir des raies mesurées: sélectionner une fréquence perturbatrice, comparer son niveau à la limite, calculer l’atténuation requise, identifier DM ou CM, puis choisir d’abord une correction à la source avant d’ajouter un filtre.
Illustration — où agit chaque filtre
Filtre DM: agit entre Vin+ et Vin− LDMCX Filtre CM: oppose les courants en phase Deux enroulements couplés: LCM
Le filtre doit être placé à l’interface entre la zone « sale » du convertisseur et la zone « propre » côté câble/source.
Illustration — objectif d’atténuation à la raie ciblée
AvantAprès estimé
Le but n’est pas seulement de passer sous la limite, mais de conserver la marge visée dans toutes les conditions.

Raie à corriger

Filtre différentiel

Filtre de mode commun

Atténuation requise
Atténuation estimée
Fréquence de coupure
Verdict

Correction à la source

Points de validation

Vérifier l’impédance réelle des composants, la SRF, le courant RMS, la saturation, les tolérances, le courant de fuite par CY, la stabilité avec l’impédance d’entrée du convertisseur et le contournement capacitif entre zones sale et propre.
Manipulation avancée — comprendre le filtre avant de le dimensionner
LISN / Source Zone propre HeP200 Zone bruyante LDM CX1 CX2 Courant perturbateur avant filtrage Résidu vers la LISN Frontière sale / propre
Le condensateur placé côté convertisseur referme localement le courant DM; l’inductance série augmente l’impédance vers la LISN.
0 dB−80 dB Fréquence — échelle logarithmique Idéal Réel
La courbe réelle intègre une remontée après la fréquence d’auto-résonance: un gros composant n’est pas forcément meilleur en haute fréquence.
Résonance L–C
SRF limitante
Facteur d’amortissement
Risque principal
Manipulation — un filtre efficace dépend aussi de son placement
LISN / Source Filtre EMILDM + CX HeP200Zone bruyante Couplage parasite: le bruit contourne le filtre Frontière zone sale / zone propre
Efficacité pédagogique estimée

Ordre d’action à respecter

1. Réduire la sourcedi/dt, dv/dt, Lk, ringing, aire de boucle.
2. Réduire le couplageCps, surface drain, flux de fuite.
3. Maîtriser le cheminRetour HF court, câble, plan, châssis.
4. FiltrerLDM/CX ou self CM/CY selon le mode.
Ce que cette partie permet de mettre en évidence
1. Signature
Ce que l’on observe dans le temps, la FFT ou la LISN.
2. Chemin physique
Par où circule réellement le courant perturbateur.
3. Test discriminant
La modification temporaire qui confirme la cause.
4. Action ordonnée
Source d’abord, propagation ensuite, filtre en dernier.
Principe industriel: identifier le mode, confirmer le chemin physique, réduire la génération à la source, interrompre la propagation, puis ajouter le filtre nécessaire. Un filtre seul ne corrige pas une mauvaise géométrie.

Signature typique

Raies à fs, 2fs, 3fs… sur la LISN. Tensions des deux conducteurs principalement opposées. Niveau lié au courant pulsé d’entrée.

Chemin physique

Cin → primaire → MOSFET → retour Cin. La partie HF qui n’est pas refermée localement remonte vers la source et la LISN.

Confirmation

Mesure V1/V2 synchrone, sonde de courant HF sur l’entrée, variation de fs, sondage de la boucle chaude.
Réduire l’aire de la boucle chaude.
Rapprocher MOSFET, primaire et condensateur HF. Superposer aller et retour. C’est généralement l’action la plus robuste.
Améliorer la fermeture locale du courant.
Cin HF à faible ESL au plus près, connexions courtes et larges, vias multiples. Vérifier la SRF du condensateur.
Réduire di/dt et les résonances.
Ajuster Rg, le driver, le snubber RC/RCD, Lk et les inductances parasites. Contrôler les pertes et la température.
Ajouter le filtre DM.
Self différentielle + CX, amortissement si nécessaire, séparation stricte zones sale/propre. Dimensionner sur l’atténuation réellement requise.
Valider.
Reprendre la mesure avec mêmes RBW, détecteur et câblage, sur toutes les conditions Vin, charge et température.
Assistant de résolution: renseigner la signature observée. L’outil classe les causes, propose les essais discriminants et ordonne les corrections du plus proche de la source au plus systémique.

Mode suspecté

Fréquence de la raie

Signature

Lieu observé

Diagnostic dominant

Essai discriminant n°1

Correction prioritaire

Causes probables

Plan d’essais ordonné

Règle de décision

Ce que cette partie permet de mettre en évidence
Effet utileVisualiser la baisse attendue de la raie ciblée.
CompromisUne correction peut augmenter les pertes, la température ou le courant de fuite.
ValidationLe résultat n’est accepté que s’il reste robuste sur Vin, charge, température et câblage.
Avant / Après: les valeurs ci-dessous sont des ordres de grandeur pédagogiques, pas des garanties. Le gain réel dépend du layout, des parasites, de l’impédance de source et de la bande de mesure.
Illustration — niveau de la raie avant et après correction
AvantAprès

Action

Niveau initial

Fréquence ciblée

Réduction estimée
Niveau après
Impact rendement
Risque principal

Pourquoi cette action fonctionne

Contrôle après modification

Comparaison

ÉtatNiveauInterprétation
AvantConfiguration de référence
Après
Calculateur des grandeurs CEM

Convertissez rapidement les niveaux logarithmiques utilisés en compatibilité électromagnétique. Les résultats sont calculés à partir de valeurs efficaces lorsque la grandeur électrique est une tension ou un courant.

RapportsdB de tension, courant et puissance.
Niveaux absolusdBµV, dBµA et dBm.
Chaîne 50 Ωconversion dBm ↔ dBµV.

Tension ↔ dBµV

Niveau0,00 dBµV
Tension efficace1,000 mV
dBµV = 20 log₁₀(V / 1 µV)

Courant ↔ dBµA

Niveau0,00 dBµA
Courant efficace100,000 µA
dBµA = 20 log₁₀(I / 1 µA)

Puissance ↔ dBm

Niveau0,00 dBm
Puissance1,000 mW
dBm = 10 log₁₀(P / 1 mW)

Rapport de tension ou de courant

Variation−6,02 dB
20 log₁₀(X₂ / X₁)

Rapport de puissance

Variation−3,01 dB
10 log₁₀(P₂ / P₁)

Facteur linéaire à partir des dB

Rapport tension/courant0,1000
Rapport de puissance0,0100

Marge par rapport à une limite

Marge6,50 dB
Marge recommandée atteinte.

dBm → tension sur une impédance

Puissance1,000 mW
Tension efficace223,607 mV
Niveau équivalent106,99 dBµV

Tension → dBm sur une impédance

Puissance0,020 µW
Niveau−46,99 dBm
Niveau tension60,00 dBµV
Relation pratique à 50 Ω: 0 dBm ≈ 106,99 dBµV. Ainsi, pour une chaîne parfaitement adaptée à 50 Ω: dBµV ≈ dBm + 107.

Somme de niveaux non corrélés

Saisissez des niveaux séparés par des espaces, des virgules ou des points-virgules.

Niveau total63,01 dB
Ltotal = 10 log₁₀(Σ10^(Li/10))

Règles rapides

Écart entre deux niveauxCorrection du niveau le plus élevé
0 dB+3,01 dB
1 dB≈ +2,54 dB
3 dB≈ +1,76 dB
6 dB≈ +0,97 dB
10 dB≈ +0,41 dB
≥ 20 dB≈ +0,04 dB
Attention: l’addition énergétique convient à des contributions non corrélées. Des signaux cohérents de même phase peuvent s’additionner en amplitude.

Repères dBµV

0 dBµV1 µV
20 dBµV10 µV
40 dBµV100 µV
60 dBµV1 mV
80 dBµV10 mV
100 dBµV100 mV
120 dBµV1 V

Repères de rapports

+6,02 dB×2 en tension/courant
−6,02 dB÷2 en tension/courant
+20 dB×10 en tension/courant
−20 dB÷10 en tension/courant
+3,01 dB×2 en puissance
−3,01 dB÷2 en puissance

Formules fondamentales

Tension/courant:
20 log₁₀(X₂/X₁)

Puissance:
10 log₁₀(P₂/P₁)

dBµV:
20 log₁₀(V/1 µV)

dBm:
10 log₁₀(P/1 mW)

Sur R:
P = V²/R et V = √(PR)

Convention: dans cet onglet, les tensions et courants sont des valeurs efficaces. Pour une mesure CEM réglementaire, le niveau affiché dépend également du détecteur, de la RBW, de la chaîne de mesure et de son étalonnage.
Niveau 1Comprendre et diagnostiquerScénarios 1 à 6 : signatures, chemins, tests discriminants et corrections.
Niveau 2Quantifier le mécanismeScénarios 7 et 8 : partir des formes d’onde pour relier di/dt ou dv/dt au niveau CEM équivalent.
Scénarios 7 et 8 — analyse quantitative pédagogique : ils prolongent les diagnostics DM et CM en partant des formes d’onde. L’objectif est de comprendre la chaîne commutation → parasite → propagation → niveau équivalent. Le coefficient k n’est pas une constante CEM : il simplifie temporairement le contenu spectral et la chaîne de mesure. Une prédiction ou une conformité réglementaire exige le modèle fréquentiel réel, la LISN, la RBW, le détecteur et la calibration.
Scénarios CEM HeP200 : huit situations représentatives permettent d’appliquer une démarche d’ingénieur : observer, formuler une hypothèse, choisir un test discriminant, diagnostiquer, puis corriger.

Ringing du drain

Niveau intermédiaire

1. Observation et hypothèse

2. Test discriminant

Choisissez la mesure ou la modification temporaire qui permet de confirmer l’hypothèse sans masquer le mécanisme.

3. Correction de conception

Choisissez l’action à appliquer au plus près de la source ou du chemin de propagation.

Solution experte détaillée

Chaîne de preuve

Pourquoi la bonne réponse est correcte

Pourquoi les autres réponses sont moins pertinentes

Procédure de correction

    Validation et compromis

    Score du scénario
    Scénarios validés0 / 8
    Score global0 %
    Ce que cette partie permet de mettre en évidence
    Observer
    Raies, pic étroit, plateau HF ou dépendance au câble.
    Formuler une hypothèse
    DM, CM, ringing ou rayonnement local.
    Tester
    Faire varier fs, Rg, snubber, câble ou ferrite.
    Conclure
    La cause est retenue uniquement si le test produit l’effet attendu.
    Diagnostic guidé: partir de la signature spectrale, confirmer par une mesure ciblée, puis appliquer la correction la plus proche de la source.

    Choisir le bon instrument virtuel

    LISN + récepteur EMI
    Mesure le bruit conduit sur l’entrée. Ne localise pas seule le composant responsable.
    Sonde différentielle VDS
    Révèle fronts, surtension et ringing. Une boucle de sonde longue peut inventer un pic.
    Pince de courant HF
    Autour de tous les fils: courant CM. Sur un seul fil: mélange DM/CM.
    Sonde champ H
    Localise les boucles à fort di/dt et les flux magnétiques de fuite.
    Sonde champ E
    Localise les surfaces à fort dv/dt, notamment le nœud drain.
    Oscilloscope courant d’entrée
    Relie la forme temporelle aux harmoniques DM. Attention à la bande et à la masse.
    Sélectionne un instrument: l’outil indiquera ce qu’il permet de conclure et ses limites.

    Cas complet HeP200 — pic à 8 MHz

    Étape 1 — Observation

    La LISN montre une raie étroite à 8 MHz, au-dessus de la limite. Quelle première vérification est la plus discriminante?

    Étape 2 — Corrélation

    La même oscillation à 8 MHz apparaît sur VDS. Quel test confirme une résonance Lk–Ceq?

    Étape 3 — Correction

    Le snubber réduit nettement le pic. Quelle démarche est correcte?

    Étape 4 — Validation

    La raie baisse de 14 dB. La correction est-elle terminée?

    Synthèse du diagnostic

    Chaîne démontrée: LISN → VDS → test snubber → diagnostic Lk–Ceq → correction à la source → validation multi-conditions.
    Choisis une réponse pour poursuivre.

    1. Signature observée

    2. Test de confirmation

    3. Correction prioritaire

    Arbre de décision

    Critère de réussite

    La correction est validée si la raie visée baisse sans déplacer le problème ailleurs, avec marge suffisante dans toutes les conditions de Vin, charge, température et configuration de câbles. Refaire la mesure avec le même détecteur, RBW, atténuation et câblage.