Tests de compatibilité électromagnétique

Tests de compatibilité électromagnétique

Ceux d'entre vous qui ont lu nos conditions générales le savent, les modules Yoctopuce ne sont pas certifiés par rapport à une quelconque norme de compatibilité gouvernementale (CE, FCC, etc). S'agissant de composants spécialisés destinés à être utilisés dans un système, et non de produits finis destinés au grand public, ceci n'est pas strictement indispensable pour leur mise en vente en Suisse. Nous voulions néanmoins effectuer un certain nombre de mesures pour savoir où nous nous situons par rapport à ces normes. Nous avons donc rendu visite à un laboratoire spécialisé avec quelques un de nos modules...


Normes applicables


Les normes de compatibilité sont une véritable jungle, dans laquelle on ne s'oriente qu'avec l'aide d'un expert du domaine. Pour nos produits, la norme internationale qui s'applique le mieux s'appelle IEC 61326-1. Elle couvre les exigences de conformité Européennes (EN) et Américaines (FCC) pour les appareils scientifiques, de test et de mesure. Les tests à appliquer sont définis dans d'autres standards, en particulier le CISPR 11 pour les émissions de nos produits et le IEC 61000-4 pour l'immunité aux perturbations externes.

Les familles de tests à effectuer sont les suivantes:

  • Emissions rayonnées (perturbations électromagnétiques)
  • Emissions conduites (sur le fil d'alimentation)
  • Immunité aux décharges électrostatiques
  • Immunité aux perturbations électromagnétiques
  • Pour certains modules, immunité aux surtensions sur les borniers.

Nos modules étant alimentés en courant continu et par des câbles inférieurs à 3 mètres, il n'est pas nécessaire de tester d'autres formes d'immunité sur l'alimentation.

Les normes prévoient plusieurs niveaux tolérés en fonction de l'environnement: la classe B pour un environnement "propre" de type résidentiel (plus strict en émission, mais moins strict en immunité) et la classe A pour un environnement industriel (plus laxiste en émission mais plus strict en immunité). Dans l'idéal, pour être compatible avec tous les environnements, il vaut donc mieux viser la classe B pour l'émission et la classe A pour l'immunité.

Tests d'émissions rayonnées


Le test d'émission est souvent le plus problématique. C'est là que les surprises apparaissent le plus facilement, car il est souvent difficile de prévoir toutes les interactions entre les composants à la conception. Le test doit se dérouler dans une grande chambre de mesure blindée, protégée contre toutes les perturbations externes et dont les façades sont spécialement conçues pour absorber les ondes électromagnétiques et éviter les réflexions. Des instruments sophistiqués permettent de mesurer le spectre d'émission de l'appareil testé en fonctionnement sous tous ses angles, à l'aide d'une antenne motorisée testant toutes les hauteurs possibles entre 1m et 4m:

La chambre à pyramides utilisée pour faire nos tests de CEM (ElectroSuisse Montena EMC)
La chambre à pyramides utilisée pour faire nos tests de CEM (ElectroSuisse Montena EMC)


Et voici le résultat des tests sur un Yocto-Meteo en fonctionnement complet, y compris enregistrement des mesures sur la mémoire flash à 10Hz. La courbe indique le maximum observé dans toutes les positions et sur toute la durée du test, par rapport à la norme IEC 61326-1 la plus stricte (classe B). Les deux polarités horizontales et verticales sont mesurées séparément.


Mesures en polarité horizontale  Mesures en polarité verticale
Mesure d'émissions rayonnées du Yocto-Meteo.


Le Yocto-Meteo passe donc ce test haut la main, avec une marge confortable de 17 dBuV/m par rapport aux exigences. On peut raisonnablement supposer que les autres capteurs basés sur un circuit quasiment identique (Yocto-Temperature, variantes du Yocto-Light-V3, etc) produiront des émissions très similaires. Voyons ce qu'il en est du Yocto-PowerRelay, mesuré alors qu'il commute 10 fois par seconde:


Mesures en polarité horizontale  Mesures en polarité verticale
Mesure d'émissions rayonnées du Yocto-PowerRelay.


Pas de problème non plus pour ce genre de module.

Voyons maintenant ce qui se passe avec les modules comportant un isolateur électrique, comme le Yocto-PT100:

Oops, dépassement des exigences de la classe B !
Oops, dépassement des exigences de la classe B !


On constate dans ce cas que le convertisseur DC/DC nous ajoute une perturbation significative. Le module reste dans les normes pour un environnement industriel, mais sort des tolérances de la norme la plus stricte. L'ajout d'un petit filtre LC permet de pallier à cela:


Mesures en polarité horizontale  Mesures en polarité verticale
Mesure d'émissions rayonnées du Yocto-PT100 après l'ajout d'un filtre LC: c'est bon !



Immunité aux perturbations électromagnétiques


Toujours dans la chambre à pyramides, on teste la résistance des modules à un fort champ électromagnétique variable (10V/m) généré intentionnellement. Le générateur teste une large plage de fréquences, et les tests sont répétés dans plusieurs orientations. Pendant toute la durée du test, on vérifie que non seulement le module continue de fonctionner mais que les mesures ne sont aucunement perturbées et restent dans les spécifications annoncées.

La chambre à pyramides reconfigurée pour les tests d'immunité
La chambre à pyramides reconfigurée pour les tests d'immunité


Nos capteurs numériques (Yocto-Meteo, etc) passent le test sans aucun problème. Donc aucun problème attendu pour les modules de commande comme le Yocto-PowerRelay non plus. Pour les modules servant à mesurer des propriétés électriques analogiques, telles que le Yocto-Volt ou le Yocto-PT100 par exemple, il convient par contre de prendre quelques précautions car les fils électriques eux-mêmes servant à connecter le point à mesurer risquent eux-mêmes de servir d'antenne et de capter une forte perturbation vu la force du champ magnétique soumis. Pour pouvoir garantir une mesure non perturbée, il faut par exemple utiliser du câble torsadé (twisted pair) de sorte à annuler l'essentiel des courants induits. Nous étudierons aussi la possibilité de rajouter un filtre en entrée à ces modules.

Immunité aux décharges


Les tests d'immunité reviennent à torturer les modules pour vérifier qu'ils ne sont pas endommagés par des circonstances exceptionnelles qui pourraient se présenter accidentellement. Le module peut dans ce cas avoir une interruption temporaire de fonctionnement mais, selon le critère le plus strict, il doit ensuite se remettre à fonctionner normalement sans intervention externe.

Les décharges sont produites par un pistolet générant des impulsions de +-4kV et +-8kV, dans plusieurs positions différentes. La décharge est répétée une dizaine de fois dans chaque position. On teste en particulier l'envoi de décharges sur le boîtier, sur une plaque métallique à proximité immédiate du PCB ainsi que directement au contact de tous les borniers et connecteurs susceptibles d'être touchés par l'utilisateur.

Les différents modules testés (Yocto-Meteo, Yocto-PowerRelay, Yocto-RS485, YoctoHub-Ethernet) ont tous passé ces tests avec succès.

Conclusion


Cette première journée de tests fut riche d'enseignements. La tendance qui se dégage est que les modules les plus simples passeraient très probablement tous les tests haut la main. En revanche, les modules isolés ont besoin de quelques corrections simples pour être sûr qu'ils satisfassent les exigences des deux classes A et B. On a bien sûr prévu de corriger les produits susceptibles de ne pas passer ces tests, mais cela se fera progressivement dans l'ordre d'intérêt des produits pour nos clients.

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