Monter des cartes électroniques en boitier métallique

[tinils76]

Bonjour,

En fait j'aimerais monter des cartes électroniques (du genre Arduino ou autre) dans des boitiers pour rack 19" (métalliques du coup)
ces boitiers iraient dans une armoire rack métallique aussi.
Est-ce que je dois absolument isoler les cartes des masses métalliques ou bien les relier avec les masses métalliques à la terre ?
J'ai entendu parler d'ESD en cherchant des infos sur le web et apparemment c'est très nocif pour le matériel, en fait j'ai déjà dû griller une carte d'où ma question.
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[Vincent PETIT]

Salut,
Oui mais !

Tout d'abord il faut mettre des noms sur les symboles d'un schéma.

- Le 0V c'est pour l'équipotentialité, c'est pour que toute l'électronique cause par rapport à la même tension de référence (obligatoire sinon ça marche pas)
- La masse c'est la poubelle pour les perturbations et le blindage, ça sert donc pour la CEM (facultatif, dans ton téléphone portable il n'y a pas de masse et pourtant ça marche)
- La terre c'est pour la sécurité (obligatoire par réglementation mais électriquement parlant elle est facultative, dans un avion la terre n'est pas très bonne et pourtant ça marche)

Lorsqu'il y a une perturbation qui entre dans l'électronique, par les câbles ou par rayonnement, elle va repartir vers la source qui l'a émise (un moteur à proximité, un talkie walkie, ...) c'est une certitude physique. En l'absence de masse elle partira par le premier couplage carte chassie (aussi appelé capacité parasite) et c'est là que toute l'électronique déconne. En règle générale tout le monde raccorde le 0V électronique directement à la masse métallique car cela créée un chemin de retour très court pour que la perturbation reparte et le but c'est que les perturbations repartent avant d'entrer dans l'électronique ! Il y a aussi le cas de figure ou tu relis le 0V électronique à la masse métallique au travers d'un condensateur : Pourquoi ?

Imagine que tu fasses communiquer par câble sur 1km de distance (par RS485 par exemple) deux appareils électroniques, dans des boites métalliques avec le 0V relié à la masse et cette dernière à la terre pour des raisons de sécurité, avec un autre appareil électronique. Qui te garantie que les deux terres distante de 1km ont la même valeur ? Il y a peu de chance en réalité mais le pire c'est que les perturbations qui sont évacuées dans la masse donc dans le 0V et donc dans la terre, puisque tout est relié, vont créer une petite tension qui te feront perdre l'équipotentialité et sa ne communiquera plus. Dans ce cas de figure on reliera les 0V électronique à la masse par des capa.

***

Une ESD (electrostatic discharge) c'est le petit coup de jus que tu te prends lorsque tu descends de ta voiture ou quand tu serres la main à quelqu'un etc... si un composant électronique s'en prend une, il risque de ne pas survivre. Donc avant de toucher une carte électronique, il faut de décharger électrostatiquement parlant en touchant n'importe quoi de métallique reliée à la terre ou en portant un dispositif antistatique qu'on met sur sa chaussure.

[tinils76]

Salut,

Merci pour cette réponse détaillée.
Peux-tu corriger si je me trompe ?
Donc si j'ai bien saisi, l'équipotentialité ce serait la borne négative d'une alimentation (par ex une alimentation stabilisée).
La masse ie le châssis de l'armoire métallique (dans ce cas précis) sert à évacuer une éventuelle perturbation EM en la renvoyant à l'émetteur sans forcément avoir besoin de borne de terre donc.
Pour le cas d'une com longue distance on met des capacités correctement calculées entre les 0 V et les masses de façon à obtenir l'équipotentialité.
La valeur de la capacité doit permettre d'ajuster les valeurs de chaque terre.

[Vincent PETIT]

Donc si j'ai bien saisi, l'équipotentialité ce serait la borne négative d'une alimentation (par ex une alimentation stabilisée).

Exacte, toute l'électronique est référencée sur ce 0V par exemple.

La masse ie le châssis de l'armoire métallique (dans ce cas précis) sert à évacuer une éventuelle perturbation EM en la renvoyant à l'émetteur sans forcément avoir besoin de borne de terre donc.

Tout à fait. En absence de terre la perturbation dans la masse repartira par la capacité parasite la plus favorable.

Si tu veux comprendre l'existence de cette capacité, tu peux faire cette expérience avec un bon capacimètre que tu régleras sur le plus petit calibre. Tu écartes doucement les pointes de touches l'une par rapport à l'autre, tu verra que la valeur affiché par ton capacimètre va augmenter et qu'il arrive un moment où même si tu continues d'écarter les pointes, cette valeur ne bouge plus car il y existe une capacité parasite entre tes pointes.

Pour le cas d'une com longue distance on met des capacités correctement calculées entre les 0 V et les masses de façon à obtenir l'équipotentialité.
La valeur de la capacité doit permettre d'ajuster les valeurs de chaque terre.

Ce n'est pas aussi simple mais il y a de ça. Je t'invite à lire ce post et les discussions qui suivent, tu devrais trouver plein d'explications et surement des réponses à tes questions de capa et CEM en général : http://forums.futura-sciences.com/el...ml#post5927364

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chtulhu]

Bonsoir,
j'ajouterai que vos cartes doivent être durcies au niveau des agressions CEM, ce qui vu les références citées en #1 n'est pas le cas, autant le savoir.
Cela est normatif, donc obligatoire, si votre application a une vocation industrielle vous n'y échapperez pas.

Une carcasse métallique ne protège pas de tout en CEM, loin de là, le "remède" peut parfois être pire que le mal (voir par exemple ce qui se produit dans un véhicule pour un gsm).

Et dans certains cas il n'est pas souhaitable que le châssis soit relié directement à la terre, par exemple si vous faites une armoire d'énergie à potentiels internes flottants.
Pour certains dispositifs il vous faudra même une détection de courant de fuite, qui devra sécuriser votre armoire en cas de défaut d'isolement.
Mais comme on ne sait pas quelle est votre application, on ne peut donner que des conseils généraux... donc pas forcément adaptés à votre cas.

[annjy]

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Et dans certains cas il n'est pas souhaitable que le châssis soit relié directement à la terre, par exemple si vous faites une armoire d'énergie à potentiels internes flottants.
...............

Bsr,
ce doit être des cas très particuliers que je ne connais pas.

Mais pour moi, et pour des questions de sécurité évidentes, tout châssis ou baie métallique doit être relié à la terre.

Je ne vois pas non plus l'intérêt de relier le 0V au châssis.....systématiquement.

les ESD, c'est quand on manipule des cartes ou des composants, pas quand elles sont intégrées. (ESD= Electrostatic discharge. Si tu ne prends pas de précautions, ton corps peut se charger à plusieurs KV (chemises nylon...) et se comporter comme un condensateur. Et si tu touches un composant qui a une liaison vers la terre, ce condensateur se décharge, et ça fait en général un flash. le composant n'est pas toujours mort, mais certainement fragilisé.)

La CEM, c'est un autre sujet.

Cdlt,
JY

[Vincent PETIT]

Je ne vois pas non plus l'intérêt de relier le 0V au châssis.....systématiquement.

Je ne connais aucun autre moyen d'évacuer les courants de mode commun arrivant de l'extérieur (tests CEM) si ce n'est leurs retours par un couplage quasi incontrôlable (genre carte chassis )

Soit le 0V est directement au chassis.
Soit le 0V est connecté au chassis au travers d'une capa.

Ou s'il y a un autre moyen, je ne le connais pas.

[gwgidaz]

Je ne connais aucun autre moyen d'évacuer les courants de mode commun arrivant de l'extérieur (tests CEM) si ce n'est leurs retours par un couplage quasi incontrôlable (genre carte chassis )

Soit le 0V est directement au chassis.
Soit le 0V est connecté au chassis au travers d'une capa.

Ou s'il y a un autre moyen, je ne le connais pas.

Bonjour,

Oui, le cas où les cartes sont isolées du chassis sont exceptionnels. On peut imaginer un cas, par exemple, celui où on relie deux boitiers distants par un câble audio blindé. Si les boîtiers sont chacun reliés à une terre différente, on peut avoir une tension entre les deux boîtiers. Si les masse des cartes sont reliées aux boitiers, cette tension est alors appliquée aux deux extrémités du blindage. Comme ce dernier n'a pas une résistance nulle, il y aura une tension parasite en série avec le signal...
Mais on peut résoudre le pb différemment ...car c'est vrai, on court alors au devant de problèmes CEM de mode commun. Il n'est pas interdit par exemple de découpler vers le boitier les condensateurs du filtre CEM d'entrée...

Mais ce que je voudrais faire remarquer, c'est que le fait de mettre au châssis la masse de la carte, c'est quasiment nécessaire, mais pas suffisant.
En effet, aujourd'hui, nous avons un foisonnement des émissions UHF ( genre GSM...). Il faut comprendre qu'un chemin de quelques cm dans la masse de la carte présente une impédance grande pour ces fréquences UHF. Il est donc nécessaire de traiter systématiquement toutes les entrées dans le boîtier . On pense immédiatement à un découplage entre l'entrée et le boîtier...Mais à ces fréquences, un découplage seul, même CMS, n'est pas efficace... son impédance sera pratiquement de plusieurs dizaines d'ohms ! Aussi est-il conseillé d'avoir un filtrage d'entrée comportant aussi une impédance série , self de choc UHF ou résistance.

[USMC]

Bonjour à tous,

C'est vraiment un sujet passionnant la CEM
Vincent j'ai lu tes derniers postes, vraiment intéressant ^^

Moi j'ai un cas qui me trotte dans la tête.
Admettons que j'ai une carte qui commande des relais avec des optocoupleurs (je veux en faire un cas d'école).
La commande des optocoupleurs se fait via un arduino (ou pic, ou atmel, n'importe).
Donc on a deux alimentations séparées. Une pour alimenter les relais, l'autre pour alimenter le µC et la diode des optocoupleurs.

Dans ce cas la, que faire ? Si on relie les 0V des deux alimentations au châssis, on perd l'isolation galvanique réalisée par l'optocoupleur non ?
Du coup on connecte uniquement le plan 0V de la partie la plus sensible (ici le µC) au châssis ?

[Vincent PETIT]

Dans ton cas d'école, on relie les 0V de chaque alimentation, par des capas, au chassis commun pour évacuer les transitoires de mode commun (d'ailleurs c'est ce qui est le plus problématique en CEM, les courants de mode diff sont bien moins gênants) L'isolement est conservé car l'impédance des capa est grande en situation normal.

@gwgidaz,
Merci pour l'exemple.

[Chtulhu]

Dans ce cas la, que faire ? Si on relie les 0V des deux alimentations au châssis, on perd l'isolation galvanique réalisée par l'optocoupleur non ?

L'isolation galvanique est une considération différente.
Par exemple si on doit commander un composant avec une tension max de 15V (par exemple un MOS) l'isolement de la commande permet de ne pas pouvoir réinjecter une tension accidentelle destructrice si celle-ci est refabriquée à partir d'une haute tension (par exemple un buck 15V avec 100Vin).
C'est ce qui est fait par exemple sur des commandes demi-pont, avec un transfo ou un circuit opto.
Pour autant la masse peut être commune ou non selon la nature des autres contraintes.

[tinils76]

Bonjour,

Ma remarque risque d'être un peu générale, mais le domaine des CEM et les interactions avec l'électronique c'est un domaine intéressant mais complexe.
Et donc dans le cas d'une tour d'ordinateur le 0 V est relié au boitier et aux différentes cartes c'est bien ça ?

[tinils76]

Pour répondre à la question de Chtulhu, ce n'est pas une application industrielle.
Ce sont des projets de bricolage personnels, c'est vrai que je n'avais pas précisé...
Vous parlez de filtres, ça se présente sous forme d'un boitier qu'on branche sur l'alimentation réseau 230 V (domestique par exemple) et qui va éliminer toutes les éventuelles fréquences parasites qui ne sont pas du 50 Hz, c'est bien ça ?

[jiherve]

Bonsoir,
inutile de se prendre la tête 0V au châssis et à la terre sauf cas très particuliers et s'il y a des contacts mobiles alors on s'arrange pour que le contact de masse s’établisse le premier; je ne compte plus le nombre de cartes fumées par une différence d'équipotentialité temporaire sur des liaisons série couplées en continu : RSxx.
Pour un PC tour tout est normalement réuni à la terre du secteur et dans ce cas les périphériques connectés alimentés par le secteur devront avoir la même topologie, attention aux courants de fuite pouvant exister même et surtout en cas d'alim dite isolée!
La connexion par capa est très mauvaise(j'ai bien connu des moniteurs CRT tueurs de cartes utilisant cette solution) car inefficace au moment de la connexion entre deux équipements sauf à avoir des valeurs de capa importantes pour limiter l'effet passe haut
En cas d'isolation galvanique assurée par opto ou transfo il n'y a pas de raison d'assurer l'équipotentialité car ce n'est pas du tout le but recherché.
Pour le reste c'est à dire la CEM c'est un métier à part entière.
JR

[tinils76]

Bonsoir,

Merci beaucoup jiherve pour ce résumé synthétique.

[Vincent PETIT]

Justement, la connexion du 0V au châssis via une capa est la solution la plus générique en CEM (c'est ce qu'on m'a appris lors de ma formation CEM et c'est en effet ce que j'ai pu constater pendant 6 ans dans mon labo CEM)

La meilleure solution c'est bien le 0V au châssis directement pour que l'un des courants de mode commun parte immédiatement mais certains cas de figures empêchent cette configuration comme la connexion entres deux équipements distants avec des mises à la terre de différentes valeurs mais ce cas de figure est répendu dans l'industrie ou tous systèmes centrale/capteurs.

La solution avec la capa règle quasi tous les problèmes (du genre du dessus) mais les résidus des courants de mode commun sont un peu plus importants (pour de l'électronique faibles bruits c'est plus contraignant)

Concernant les écrans CRT tueurs de cartes, je ne sais pas trop. Il faudrait voir les schémas des structures des entées/sorties.

[jiherve]

Bonjour
En aéro après des décennie de tergiversations et de discussions on en est arrivé à une connexion directe ce qui a résolu nombre de problèmes avec également connexion de tous les blindages au deux bouts mais bien sur c'est un milieu particulier, équipotentialité assurée par la carlingue ou des rails ad hoc dans les avions en composites et des champs EM d'agression de l'ordre de qqs KV/m .
Pour les CRT c'est tres simple les charges déposées par le faisceau étaient évacuées sur la masse du moniteur celle ci grimpait donc à plusieurs centaines de volt par rapport à la terre ainsi que l'entrée vidéo et lorsque que l"on connectait une source vidéo référencée à la Terre et bien cela claquait le driver vidéo.
C'est l’inconvénient d'une cap cela se charge et stocke de l'énergie.
JR

[tinils76]

Bonjour,

Merci pour vos réponses.
Cette discussion est résolue.