Les interférences électromagnétiques (IEM) constituent depuis longtemps un défi persistant dans le fonctionnement des appareils électroniques, affectant à la fois la stabilité de l'appareil émetteur et des équipements environnants. La technologie de filtrage actif des IEM est apparue comme une solution innovante, réduisant ou éliminant activement les perturbations électromagnétiques afin d'améliorer les performances de compatibilité électromagnétique (CEM).

Le filtrage IEM traditionnel repose sur des composants passifs tels que des résistances (R), des condensateurs (C) et des inductances (L) disposés en configurations RC, LC ou RLC. Bien que ces filtres passifs offrent simplicité et rentabilité, ils présentent des limites dans certaines applications, notamment en ce qui concerne la taille physique et les performances spécifiques à la fréquence. Le filtrage IEM actif utilise des composants électroniques actifs tels que des amplificateurs opérationnels et des transistors, combinés à des stratégies de contrôle, pour offrir une suppression des IEM plus flexible et efficace. Les solutions hybrides qui intègrent des éléments actifs et passifs gagnent également du terrain pour un équilibre optimal entre performances et coûts.

Les organismes de réglementation internationaux, notamment la Commission électrotechnique internationale (CEI) et la Federal Communications Commission (FCC), appliquent des normes CEM strictes qui définissent les niveaux de rayonnement électromagnétique et d'interférences conduites admissibles. Ces réglementations protègent les services essentiels tels que les communications sans fil et la radiodiffusion contre les interférences électroniques croisées. La conformité à ces normes fait des filtres IEM des composants indispensables pour assurer un fonctionnement fiable dans des environnements électromagnétiques complexes.

Les équipements de conversion de puissance, y compris les convertisseurs CC/CC, les onduleurs et les redresseurs, constituent une source majeure d'IEM en raison des opérations de commutation qui génèrent des transitoires de courant/tension à haute fréquence. Alors que l'électronique de puissance prolifère dans les secteurs industriel et automobile, la demande de filtrage IEM actif continue de croître. Les applications de télécommunications stimulent également l'innovation en matière de suppression des IEM rayonnées, avec des techniques telles que l'horloge à spectre étalé et le blindage électromagnétique qui connaissent une adoption généralisée.

S'inspirant de l'annulation active du bruit acoustique, le filtrage IEM actif fonctionne en générant des signaux en opposition de phase pour contrecarrer les interférences. Un filtre IEM actif standard comprend trois étapes essentielles :

• Étape de détection : Détecte le bruit IEM dans les circuits à l'aide de transformateurs de courant pour le courant haute fréquence ou de diviseurs capacitifs pour la tension, reproduisant avec précision les caractéristiques du signal de bruit.
• Étage électronique : Traite les signaux détectés par amplification et inversion de phase à l'aide d'amplificateurs opérationnels, d'amplificateurs d'instrumentation ou de transistors.
• Étape d'injection : Introduit les signaux traités dans le circuit avec une phase opposée pour l'annulation, généralement via des chemins capacitifs pour le courant ou des transformateurs série pour la tension.

Un principe de conception essentiel garantit que les filtres actifs n'affectent que le bruit haute fréquence sans altérer le fonctionnement en courant continu ou à la fréquence du réseau.

Le bruit IEM se manifeste sous deux formes principales :

• Mode commun (MC) : Bruit apparaissant simultanément avec une phase identique sur plusieurs conducteurs par rapport à la masse.
• Mode différentiel (MD) : Bruit présentant des phases opposées entre les conducteurs.

Chaque type nécessite des topologies et des configurations de filtres actifs distinctes pour une suppression efficace.

Les filtres IEM actifs mettent en œuvre deux approches de contrôle fondamentales :

• Contrôle par rétroaction : Détecte le bruit au niveau du récepteur et génère des signaux de compensation.
• Contrôle par anticipation : Détecte le bruit à la source et produit des signaux de contre-attaque.

Chaque stratégie présente des avantages uniques adaptés à différents contextes opérationnels.

La perte d'insertion (IL) sert de principale mesure de l'efficacité du filtre, calculée en décibels (dB) comme suit :

IL = 20log ₁₀ (|V _sans | / |V _avec |)

Où V _sans et V _avec représentent les tensions de charge sans et avec le filtre, respectivement. Des valeurs IL plus élevées indiquent une plus grande atténuation, tandis que les valeurs inférieures à 1 signifient une amplification indésirable du bruit.

Par rapport aux alternatives passives, les filtres IEM actifs offrent :

• Une dépendance réduite aux caractéristiques d'impédance du système
• Des performances supérieures à haute fréquence sans grands composants passifs

Cependant, ils introduisent des considérations de conception, notamment :

• Exigence d'alimentations externes
• Gestion de la stabilité électronique
• Exigences de précision pour l'annulation du bruit

Grâce à une optimisation minutieuse de la conception, le filtrage IEM actif offre une voie efficace vers une compatibilité électromagnétique améliorée, améliorant à la fois les performances des appareils et la fiabilité du système dans des environnements électroniques de plus en plus complexes.