Brevet FR3002094A1 — publié le 20140815

Dispositif et procédé de filtrage d'interférences électromagnétiques La présente invention concerne le filtrage d'interférences électromagnétiques, encore désignées par le signe EMI en anglais. De telles interférences électromagnétiques se produisent par exemple à des fréquences supérieures à 1 kHz, de telles fréquences correspondant par exemple à la fréquence de découpage de convertisseurs statiques. Ces interférences EMI sont liées au courant de mode commun et au courant de mode différentiel. L'invention s'applique par exemple pour filtrer les interférences électromagnétiques se produisant lors de l'échange d'énergie électrique entre un réseau électrique et une unité de stockage d'énergie électrique, cette dernière étant notamment embarquée sur un véhicule électrique ou hybride. L'unité de stockage d'énergie électrique est par exemple utilisée pour alimenter un moteur électrique servant à propulser le véhicule. Il est connu de réduire ces interférences électromagnétiques à l'aide de filtres passifs. Plusieurs exemples de tels filtres passifs sont représentés sur les figures 1 à 3, ces filtres étant placés dans la ligne électrique permettant le transfert d'énergie électrique entre le réseau et l'unité de stockage d'énergie électrique. La figure 1 représente un dispositif 100 de filtrage des interférences électromagnétiques mettant en oeuvre un filtre LC classique pour chaque conducteur électrique de la ligne reliant le réseau électrique 101, représenté ici sous la forme d'une source de tension, à l'unité de stockage d'énergie électrique 102, représentée ici sous la forme d'une source de courant. Le dispositif 100 comprend une bobine 103 et un condensateur 104. Ce filtre LC présente l'inconvénient de présenter une résonance importante à sa fréquence de coupure. Pour corriger ce phénomène, d'autres dispositifs de filtrage des interférences électromagnétiques sont connus. La figure 2 représente un tel dispositif 110 dans lequel une branche additionnelle 111 est montée en parallèle du condensateur 104.L'amortissement de la résonance du filtre LC classique dépend du choix du rapport entre la valeur de la capacité du condensateur de la branche additionnelle et la valeur de la capacité du condensateur 104. La figure 3 représente un autre dispositif 120 dans lequel une branche additionnelle 121 est prévue pour chaque conducteur électrique de la ligne, cette branche additionnelle 121 étant montée en parallèle de la bobine 103 dudit conducteur. Chaque branche additionnelle 121 comprend dans cet exemple une bobine additionnelle 123 et une résistance 124. Les bobines additionnelles 123 sont couplées magnétiquement entre elles et avec les bobines 103. Le filtre 120 permet d'amortir la résonance à la fréquence de coupure du filtre LC selon le dispositif 100 sans que cette fréquence de coupure ne soit déplacée. Les dispositifs 110 et 120 nécessitent l'ajout d'un certain nombre de composants additionnels pour amortir la résonance observée à la fréquence de coupure du filtre LC du dispositif 100, ce qui est coûteux et peut générer d'autres inconvénients. Par exemple, dans le cas du filtre 120, chaque branche additionnelle 121 montée en parallèle d'une bobine 103 peut générer une capacité parasite, affectant le comportement résonant de la bobine 103 et dégradant ainsi le comportement du dispositif 120. Il existe un besoin pour bénéficier d'un dispositif de filtrage d'interférences électromagnétiques qui remédie de façon simple et peu coûteuse à tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'un dispositif de filtrage d'interférences électromagnétiques, comprenant : - une pluralité de conducteurs électriques montés en parallèle, chaque conducteur comprenant une première bobine disposée entre une première et une deuxième extrémité du conducteur, lesdites première bobines étant couplées magnétiquement entre elles et présentant un même premier nombre de spires, lesdites premières et deuxièmes extrémités des conducteurs définissant respectivement des premières et deuxièmes bornes pour le dispositif, - une pluralité de condensateurs, chaque condensateur étant monté entre la deuxième extrémité d'un conducteur électrique et une troisième borne du dispositif, et - un circuit additionnel comprenant une deuxième bobine couplée magnétiquement avec les premières bobines et présentant un deuxième nombre de spires, ledit circuit comprenant en outre une bobine additionnelle. Selon l'invention, le circuit additionnel permet de remédier au problème de résonance du filtre LC de la figure 1 sans présenter les inconvénients des dispositifs des figures 2 et 3. Le dispositif selon l'invention peut permettre de filtrer de façon passive les interférences en 25 mode commun. Le circuit additionnel peut être dépourvu d'amplificateur opérationnel, de transistor ou de tout autre composant électronique commandable. Le circuit additionnel peut être uniquement formé à l'aide de composants passifs tels que résistance(s), bobine(s) et/ou condensateur(s). 30 Le circuit additionnel met en oeuvre un amortissement de type « LR », la résistance en question pouvant être la résistance interne de la bobine additionnelle et/ou la résistance interne de la deuxième bobine, auquel cas le circuit additionnel est dépourvu de composant dédié à former une résistance. En variante, le circuit additionnel peut comporter une résistance, par exemple une résistance 35 montée en série avec la deuxième bobine et avec la bobine additionnelle. Cet amortissement de type « LR » procure les avantages déjà connus du filtre 120. En outre, lorsque le circuit additionnel n'est pas relié électriquement au reste du dispositif mais uniquement par le couplage magnétique entre les premières et la deuxième bobine, la réduction de ce couplage aux hautes fréquences permet que le circuit additionnel soit pour ces fréquences relativement transparent vis-à-vis du reste du dispositif, ou encore que le circuit additionnel puisse être considéré comme déconnecté du reste du dispositif pour ces fréquences. On évite ainsi que le circuit additionnel, le cas échéant en interaction avec d'autres éléments du dispositif, ne puisse générer des résonances aux hautes fréquences. En outre, le circuit additionnel peut ne mettre en oeuvre qu'une seule deuxième bobine en couplage magnétique avec les premières bobines, et non plusieurs deuxièmes bobines 123 comme selon le filtre 120 de la figure 3. Le circuit additionnel peut de plus ne nécessiter aucun ajout de condensateur, contrairement au filtre 110 de la figure 2. Le nombre de conducteurs peut être supérieur ou égal à deux. Ce nombre est par exemple égal à deux dans le cas où l'énergie électrique est transférée sous la forme d'un signal monophasé, l'un des conducteurs formant alors la phase du signal et l'autre conducteur formant alors le neutre de ce signal. En variante, plus de deux conducteurs peuvent être utilisés, par exemple trois dans le cas où le transfert d'énergie électrique se fait par sous la forme d'un signal triphasé. Le deuxième nombre de spires peut être différent du premier nombre de spires. Le rapport entre le premier nombre de spires et le deuxième nombre de spires peut être supérieur à un, étant notamment supérieur à trois. Dans un exemple particulier, le premier nombre de spires peut être égal quatorze tandis que le deuxième nombre de spires est égal à quatre. Une telle valeur de rapport permet de réduire la valeur de l'inductance de la bobine additionnelle. On peut ainsi utiliser une bobine additionnelle de plus faible inductance, limitant ainsi le coût et l'encombrement induits par cette bobine additionnelle. La valeur choisie pour le rapport entre le premier et le deuxième nombre de spires peut également permettre de réduire la capacité parasite associée au circuit additionnel. Cette faible valeur de capacité parasite sera alors négligeable par rapport à celle déjà présente sur les premières bobines qui sont en couplage magnétique entre elles. De plus, le circuit additionnel peut ainsi ne pas impacter le comportement en mode différentiel des premières bobines en couplage magnétique entre elles. Les premières bobines et la deuxième bobine peuvent être bobinées autour d'un même noyau magnétique, réalisant ainsi le couplage magnétique mentionné ci-dessus. Il s'agit par exemple d'un noyau en nanocristallin ou en ferrite. Dans ce cas, le noyau peut être configuré de manière à présenter une valeur d'inductance mutuelle comprise entre 1 mH et 10 mH à une fréquence de 10 kHz, par exemple de l'ordre de 8,5 mH à 10 kHz. La bobine additionnelle peut alors présenter une inductance de 1001.11-1 à cette même fréquence. Selon ce qui précède, le circuit additionnel peut ne pas être connecté électriquement au reste du dispositif, n'étant relié au reste du dispositif que via le couplage magnétique entre la deuxième bobine et les premières bobines. La troisième borne du dispositif peut être unique. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de filtrage des interférences électromagnétiques lorsque de l'énergie électrique est transférée depuis un réseau électrique vers une unité de stockage d'énergie électrique et réciproquement, procédé dans lequel on procède audit filtrage en interposant entre le réseau électrique et l'unité de stockage d'énergie électrique un dispositif tel que défini ci-dessus. Lorsque ce procédé est mis en oeuvre, les premières bornes du dispositif peuvent être reliées au réseau électrique, les deuxièmes bornes du dispositif peuvent être reliées directement ou non à l'unité de stockage d'énergie électrique et la troisième borne du dispositif peut être reliée à la terre. Le réseau électrique peut fournir une tension continue ou une tension alternative, par exemple une tension monophasée ou triphasée. La tension alternative fournie par ce réseau peut présenter une fréquence de l'ordre de 50 Hz ou 60 Hz. Il peut s'agir d'un réseau monophasé fournissant une tension comprise entre 120 V et 240 V ou d'un réseau polyphasé, par exemple triphasé, notamment d'un réseau triphasé fournissant une tension comprise entre 208 V et 416 V. L'unité de stockage d'énergie électrique présente par exemple une tension nominale comprise entre 60 V et 600 V, notamment entre 200 V et 400 V. Cette unité de stockage d'énergie électrique peut comprendre une ou plusieurs batteries ou tout autre type d'unités de stockage d'énergie électrique, par exemple des supercondensateurs. Il s'agit par exemple de batteries en série, en parallèle ou de branches en parallèle de batteries en série. Cette unité de stockage d'énergie électrique peut être embarquée sur un véhicule électrique ou hybride et être destinée à alimenter électriquement un moteur électrique permettant de propulser le véhicule. Le moteur électrique a par exemple une puissance nominale comprise entre et 3 kW et 30 200 kW. Le dispositif selon l'invention peut ou non être embarqué sur le véhicule. Le dispositif peut alors être intégré à un circuit permettant la charge de l'unité de stockage d'énergie électrique depuis le réseau électrique. En variante, le dispositif selon l'invention peut être intégré à un circuit permettant à la fois : la charge de l'unité de stockage d'énergie électrique 35 depuis le réseau électrique à travers l'enroulement du stator du moteur, et l'alimentation électrique de cet enroulement du stator depuis l'unité de stockage d'énergie électrique. Un tel circuit est par exemple connu de la demande WO 2010/057893 au nom de la Demanderesse. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : -les figures 1 à 3 représentent de façon schématique des exemples de dispositifs de filtrage d'interférences électromagnétiques déjà connus de l'art antérieur et déjà décrits, - la figure 4 représente de façon schématique un exemple de dispositif de filtrage d'interférences électromagnétiques selon l'invention, et - la figure 5 est un diagramme de Bode montrant la réponse en gain des dispositifs de filtrage représentés sur les figures 1 à 4. La figure 4 représente un dispositif 1 de filtrage d'interférences électromagnétiques selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention. Ce dispositif 1 est dans cet exemple intégré à une ligne d'alimentation triphasée interposée entre un réseau électrique triphasé non représenté et une unité de stockage d'énergie électrique non représentée. Cette unité de stockage d'énergie électrique est par exemple une batterie alimentant un moteur électrique de véhicule permettant de propulser le véhicule. La ligne comprend au niveau du dispositif 1 trois conducteurs électriques 5 qui s'étendent chacun entre une première extrémité 7 et une deuxième extrémité 8, lesdites extrémités 7 et 8 formant des premières bornes 7 et des deuxièmes bornes 8 pour le dispositif 1. Entre les extrémités 7 et 8, chaque conducteur électrique 5 comprend une première bobine 10. Les premières bobines 10 comprennent chacune un même premier nombre de spires et elles sont bobinées autour d'un noyau magnétique commun, étant couplées magnétiquement entre elles. Ces premières bobines 10 forment ainsi une inductance de mode commun. Le dispositif 1 comprend en outre un condensateur 13 disposé entre chaque deuxième extrémité 8 d'un conducteur et une troisième borne commune 15 du dispositif 1. Comme représenté sur la figure 4, cette troisième borne 15 est ici reliée à la terre. Pour chaque phase du signal électrique véhiculé par la ligne, une première bobine 10 et un condensateur 13 forment un filtre LC similaire au filtre 100 décrit en référence à la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 4, le dispositif 1 comprend en outre un circuit additionnel 30 20 qui comprend dans cet exemple une deuxième bobine 21 bobinée autour du noyau magnétique autour duquel sont également bobinées les premières bobines 10. La deuxième bobine 21 présente un deuxième nombre de spires qui est ici inférieur au premier nombre de spires. Le premier nombre de spires et le deuxième nombre de spires peuvent être choisis l'un par rapport à l'autre de sorte que le rapport entre ce premier et ce deuxième nombre 35 de spires soit supérieur à trois. Comme représenté sur la figure 4, le circuit additionnel 20 peut comprendre une bobine additionnelle 23 en série avec une résistance 24 et la deuxième bobine 21. La bobine additionnelle 23 et la résistance 24 permettent ainsi de réaliser un amortissement de type LR de la résonance à la fréquence de coupure du filtre LC formé par chaque couple « première bobine 10 - condensateur 13 ». Comme on peut le voir, le circuit additionnel 20 peut être dépourvu de connexion électrique avec le reste du dispositif 1, n'étant relié à celui-ci que par le couplage magnétique fourni par le noyau magnétique commun. Dans un exemple, le noyau magnétique commun est configuré de manière à ce que la valeur d'impédance mutuelle entre les différentes bobines 10 ou 23 bobinées autour de ce noyau soit de 8,5 mH à 10 kHz. Toujours dans cet exemple, chaque condensateur 13 présente une capacité de 22 nF, le premier nombre de spires est égal à quatorze, et le deuxième nombre de spires est égal à quatre. La bobine additionnelle 23 peut alors présenter une impédance à 10 kHz de 15,6 mH et la résistance 24 peut avoir une valeur de 18 La figure 5 est un diagramme de Bode représentant le gain des dispositifs de filtrage décrits en référence aux figures 1 à 4. La courbe 200 correspond au dispositif 100 de la figure 1, la courbe 210 correspond au dispositif 110 de la figure 2, la courbe 220 correspond au dispositif 120 de la figure 3 et la courbe 230 correspond au dispositif 1 de la figure 4. Comme on peut le voir, le dispositif 1 permet d'amortir de façon importante la résonance se produisant à la fréquence de coupure du dispositif 100. On peut constater que la réponse fréquentielle en termes de gain du dispositif 1 selon l'invention reste très proche de celle du dispositif 120 de la figure 3 jusqu'à des valeurs moyennes de fréquence. On constate d'une part que la résonance à la fréquence de coupure du filte LC formé par chaque première bobine 10 et un condensateur 13 est amortie. Au-delà de cette fréquence de coupure, on observe que le dispositif selon l'invention permet d'obtenir la réponse la plus proche de celle du filtre LC formé par chaque première bobine 10 et un condensateur 13. La fréquence de coupure dudit filtre LC est par exemple comprise entre 10 kHz et 100 kHz, étant par exemple de l'ordre de 8 kHz. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. En particulier, dans un autre exemple, le circuit additionnel 20 peut être dépourvu de résistance 24, l'amortissement de type LR fourni par le circuit additionnel 20 étant alors obtenu grâce à la bobine additionnelle 23 et par la deuxième bobine 21 qui jouent alors à la fois le rôle d'inductance et de résistance via leur résistance interne. L'expression « comprenant un » doit être comprise comme synonyme de l'expression « comprenant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de filtrage d'interférences électromagnétiques, comprenant : - une pluralité de conducteurs électriques (5) montés en parallèle, chaque conducteur (5) comprenant une première bobine (10) disposée entre une première (7) et une deuxième (8) extrémité du conducteur (5), lesdites première bobines (10) étant couplées magnétiquement entre elles et présentant un même premier nombre de spires, lesdites premières (7) et deuxièmes (8) extrémités des conducteurs (5) définissant respectivement des premières (7) et deuxièmes (8) bornes pour le dispositif, - une pluralité de condensateurs (13), chaque condensateur (13) étant monté entre la deuxième extrémité (8) d'un conducteur électrique (5) et une troisième borne (15) du dispositif, et - un circuit additionnel (20) comprenant une deuxième bobine (21) couplée magnétiquement avec les premières bobines (10) et présentant un deuxième nombre de spires, ledit circuit (20) comprenant en outre une bobine additionnelle (23). 2. Dispositif selon la revendication 1, le deuxième nombre de spires étant différent du premier nombre de spires. 3. Dispositif selon la revendication 2, le rapport entre le premier nombre de spires et le deuxième nombre de spires étant supérieur à un, étant notamment supérieur à trois. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, le circuit additionnel (20) comprenant une résistance (24). 5. Dispositif selon la revendication 4, la deuxième bobine (21), la bobine additionnelle (23) et la résistance (24) étant montées en série. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le nombre de conducteurs électriques (5) étant égal à trois. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, les premières bobines (10) et la deuxième bobine (21) étant bobinées autour d'un même noyau magnétique. 8. Dispositif selon la revendication 7, le noyau étant configuré de manière à présenter une valeur d'inductance mutuelle comprise entre 1 mH et 10 mH à une fréquence de 10 kHz. 9. Procédé de filtrage des interférences électromagnétiques lorsque de l'énergie électrique est transférée depuis un réseau électrique vers une unité de stockage d'énergie électrique et réciproquement, procédé dans lequel on procède audit filtrage en interposant entre le réseau électrique et l'unité de stockage d'énergie un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les premières bornes (7) du dispositif (1) sont reliées directement ou non au réseau électrique, les deuxièmes bornes (8) du dispositif (1) sontreliées directement ou non à l'unité de stockage d'énergie et la troisième borne (15) du dispositif (1) est reliée à la terre.