Modélisation CEM des équipements aéronautiques : aide à la qualification de l’essai BCI

EMC modeling of aeronautical equipment : support for the qualification of the BCI test

• Auteur / Autrice : Hassan Cheaito
• Direction : Christian Vollaire, Edith Clavel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 06/11/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône) - Ampère
• Jury : Président / Présidente : Françoise Paladian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Vollaire, Edith Clavel, Étienne Sicard, Marwan Ali
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Duchamp, Frédéric Lafon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Normes

Avions -- Équipement

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Test BCI

Modélisation CEM

Boîte noire

Mode commun

Mode Différentiel

Paramètres S standards et mixtes

Approche modale et conversion de mode

BCI test

EMC modeling

Black box

Common mode

Differential mode

Standard and mixed mode S parameters

Modal approach and mode conversion

Résumé

L’intégration de l’électronique dans des environnements sévères d’un point de vue électromagnétique a entraîné en contrepartie l’apparition de problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM) entre les différents systèmes. Afin d’atteindre un niveau de performance satisfaisant, des tests de sécurité et de certification sont nécessaires. Ces travaux de thèse, réalisés dans le cadre du projet SIMUCEDO (SIMUlation CEM basée sur la norme DO-160), contribuent à la modélisation du test de qualification "Bulk Current Injection" (BCI). Ce test, abordé dans la section 20 dans la norme DO-160 dédiée à l’aéronautique, est désormais obligatoire pour une très grande gamme d’équipements aéronautiques. Parmi les essais de qualification, le test BCI est l’un des plus contraignants et consommateurs du temps. Sa modélisation assure un gain de temps, et une meilleure maîtrise des paramètres qui influencent le passage des tests CEM. La modélisation du test a été décomposée en deux parties : l’équipement sous test (EST) d’une part, et la pince d’injection avec les câbles d’autre part. Dans cette thèse, seul l’EST est pris en compte. Une modélisation "boîte grise" a été proposée en associant un modèle "boîte noire" avec un modèle "extensif". Le modèle boîte noire s’appuie sur la mesure des impédances standards. Son identification se fait avec un modèle en pi. Le modèle extensif permet d’étudier plusieurs configurations de l’EST en ajustant les paramètres physiques. L’assemblage des deux modèles en un modèle boîte grise a été validé sur un convertisseur analogique-numérique (CAN). Une autre approche dénommée approche modale en fonction du mode commun (MC) et du mode différentiel (MD) a été proposée. Elle se base sur les impédances modales du système sous test. Des PCB spécifiques ont été conçus pour valider les équations développées. Une investigation est menée pour définir rigoureusement les impédances modales. Nous avons démontré qu’il y a une divergence entre deux définitions de l’impédance de MC dans la littérature. Ainsi, la conversion de mode (ou rapport Longitudinal Conversion Loss : LCL) a été quantifiée grâce à ces équations. Pour finir, le modèle a été étendu à N-entrées pour représenter un EST de complexité industrielle. Le modèle de l’EST est ensuite associé avec celui de la pince et des câbles travaux réalisés au G2ELAB. Des mesures expérimentales ont été faites pour valider le modèle complet. D’après ces mesures, le courant de MC est impacté par la mise en œuvre des câbles ainsi que celle de l’EST. Il a été montré que la connexion du blindage au plan de masse est le paramètre le plus impactant sur la distribution du courant de MC.

Electronic equipments intended to be integrated in aircrafts are subjected to normative requirements. EMC (Electromagnetic Compatibility) qualification tests became one of the mandatory requirements. This PhD thesis, carried out within the framework of the SIMUCEDO project (SIMulation CEM based on the DO-160 standard), contributes to the modeling of the Bulk Current Injection (BCI) qualification test. Concept, detailed in section 20 in the DO-160 standard, is to generate a noise current via cables using probe injection, then monitor EUT satisfactorily during test. Among the qualification tests, the BCI test is one of the most constraining and time consuming. Thus, its modeling ensures a saving of time, and a better control of the parameters which influence the success of the equipment under test. The modeling of the test was split in two parts : the equipment under test (EUT) on one hand, and the injection probe with the cables on the other hand. This thesis focuses on the EUT modeling. A "gray box" modeling was proposed by associating the "black box" model with the "extensive" model. The gray box is based on the measurement of standard impedances. Its identification is done with a "pi" model. The model, having the advantage of taking into account several configurations of the EUT, has been validated on an analog to digital converter (ADC). Another approach called modal, in function of common mode and differential mode, has been proposed. It takes into account the mode conversion when the EUT is asymmetrical. Specific PCBs were designed to validate the developed equations. An investigation was carried out to rigorously define the modal impedances, in particular the common mode (CM) impedance. We have shown that there is a discrepancy between two definitions of CM impedance in the literature. Furthermore, the mode conversion ratio (or the Longitudinal Conversion Loss : LCL) was quantified using analytical equations based on the modal approach. An N-input model has been extended to include industrial complexity. The EUT model is combined with the clamp and the cables model (made by the G2ELAB laboratory). Experimental measurements have been made to validate the combined model. According to these measurements, the CM current is influenced by the setup of the cables as well as the EUT. It has been shown that the connection of the shield to the ground plane is the most influent parameter on the CM current distribution.