Interferencja elektromagnetyczna
Mówiąc najprościej, zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) to wpływ pól elektromagnetycznych (np. o częstotliwości radiowej) na czuły sprzęt i systemy elektroniczne. Rozprzestrzenia się na zaskakująco dużym obszarze i może spowodować poważne uszkodzenie systemu. Na szczęście istnieją dwa możliwe rozwiązania tego problemu: filtrowanie i ekranowanie.
Filtrowanie i ekranowanie EMI to dwie różne techniki stosowane w celu rozwiązania problemu EMI w urządzeniach lub systemach elektronicznych. W przypadku systemów elektronicznych istnieją obawy dotyczące wrażliwości na promieniowanie i przewodzenie, a także emisji promieniowanych i przewodzonych, które są szumem EMI z systemu.
Ale jaka jest różnica?
Filtracja
Krótka historia EMI, EMC i potrzeb w zakresie ochrony
W latach trzydziestych XX wieku, kiedy radioodbiorniki szybko stały się koniecznością w gospodarstwach domowych na całym świecie, użytkownicy zaczęli zauważać dziwny wpływ częstotliwości na inny sprzęt elektroniczny i elektryczny. Zjawisko to, znane jako „zakłócenia elektromagnetyczne”, wyraźnie pokazało potrzebę sposobu ochrony sprzętu przed błędnymi sygnałami radiowymi.
Rozwiązanie tych problemów pojawiło się w 1933 r., kiedy Międzynarodowy Specjalny Komitet ds. Zakłóceń Radiowych (CISPR) Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) w Paryżu wydał najwcześniejsze zalecenia dotyczące minimalizacji zakłóceń elektromagnetycznych. Ograniczenia emisji występują, gdy systemy są ze sobą połączone, aby zapewnić, że hałas generowany w jednym systemie nie zakłóca działania innego.
Potrzeba bardziej wszechstronnych metod filtrowania i ekranowania EMI oraz sprzętu do zastosowań obronnych została zauważona już w 1967 r., kiedy lotniskowiec USS Forrestal, rozmieszczony w Zatoce Tonkińskiej w celu wsparcia sił amerykańskich w Wietnamie, ucierpiał w katastrofalnym pożarze, gdy elektroniczny anomalia uruchomiła rakietę Zuni. Spowodowało to śmierć 134 osób i prawie 200 obrażeń. Później ustalono, że pierwotną przyczyną wypadku było nieprawidłowo zainstalowane ekranowane złącze kabla i wiele pól elektromagnetycznych na pokładzie załogi, co spowodowało zapalenie się rakiety i zapalenie zbiornika paliwa pobliskiego samolotu.
Później, gdy telefony komórkowe i inne przenośne urządzenia elektroniczne stały się bardziej powszechne w latach 90., kilka linii lotniczych zdało sobie sprawę, że sygnały z tych i innych urządzeń mogą zakłócać awionikę, utrudniając w ten sposób bezpieczny lot lub możliwości nawigacyjne samolotu. Dowódcy wojskowi odkryli, że zakłócenia elektromagnetyczne, zarówno naturalne, jak i spowodowane przez człowieka, mogą poważnie zakłócić technologię globalnego systemu pozycjonowania (GNSS), uniemożliwiając niezawodne latanie bezzałogowym statkom powietrznym. Zakłócenia GNSS i zakłócenia elektromagnetyczne spowodowane działaniami wojskowymi to istotny problem w bezpieczeństwie lotów lotnictwa cywilnego, który trwa do dziś.
Po interferencji radiowej rozpoznano wiele innych form zakłóceń elektromagnetycznych, w tym mikrofale, podczerwień, promieniowanie gamma i rentgenowskie, z których każdy można wyeliminować za pomocą szeregu metod i urządzeń. Zalecenia CISPR stanowią podstawę nowoczesnego międzynarodowego standardu dotyczącego Zapobieganie zakłóceniom elektromagnetycznym i określanie, w jaki sposób sprzęt elektroniczny może współistnieć bez zakłóceń wpływających na wydajność. Nazywa się to kompatybilnością elektromagnetyczną.
Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) określa dopuszczalną zdolność operacyjną sprzętu elektrycznego i elektronicznego w przypadku wystawienia na działanie zewnętrznych źródeł elektromagnetycznych oraz przy ograniczeniu niepożądanej energii elektromagnetycznej generowanej wewnętrznie.
EMC obejmuje trzy aspekty: ograniczenie promieniowania elektromagnetycznego generowanego przez sprzęt, podatność sprzętu na zewnętrzne źródła zakłóceń elektromagnetycznych oraz odporność sprzętu podczas pracy w danym środowisku.
Różne rodzaje zakłóceń elektromagnetycznych
Zakłócenia EMI można ogólnie podzielić na cztery typy w zależności od źródła lub szerokości pasma oryginalnego sygnału. Wąskopasmowe zakłócenia elektromagnetyczne są generowane przez telefony komórkowe, transmisje radiowe lub telewizyjne, podczas gdy szerokopasmowe zakłócenia elektromagnetyczne mają szersze spektrum radiowe i są generowane przez niezamierzone promieniowanie ze źródeł sygnału, takich jak linie przesyłowe energii. W zależności od źródła promieniowania, EMI można podzielić na zamierzone, niezamierzone, międzysystemowe lub wewnątrzsystemowe:
Niezamierzone lub „niefunkcjonalne” zakłócenia elektromagnetyczne są generowane przez niezamierzone urządzenia, takie jak sprzęt spawalniczy, silniki prądu stałego, komputery i linie energetyczne.
-Zamierzone EMI (IEMI) to EMI emitowane przez specjalnie zaprojektowany sprzęt, często jako część elektronicznych systemów bojowych, takich jak elektroniczne środki zaradcze i broń wykorzystująca impulsy elektromagnetyczne (EMP).
-Międzysystemowy EMI to interferencja generowana między dwoma komponentami systemu lub urządzenia, podczas gdy międzysystemowy EMI występuje między dwoma lub więcej niezależnymi systemami.
Różne typy EMI
Co to jest filtrowanie EMI?
Filtrowanie EMI jest ważnym czynnikiem podczas projektowania i produkcji sprzętu elektronicznego, aby zapewnić niezawodne działanie i zgodność z przepisami dotyczącymi kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).
Filtrowanie EMI to proces zmniejszania lub eliminowania zakłóceń powodowanych przez sygnały elektromagnetyczne w urządzeniu lub systemie elektronicznym. Jest to technika stosowana do filtrowania niepożądanych sygnałów elektromagnetycznych (szumu), które mogą zakłócać działanie sprzętu elektronicznego lub powodować zakłócenia elektromagnetyczne.
Filtry EMI są zwykle umieszczane na wejściu lub wyjściu urządzenia i mogą być montowane na panelu lub na płytce drukowanej. Składają się z kombinacji elementów pasywnych, takich jak kondensatory, cewki indukcyjne i rezystory, zaprojektowanych do tłumienia lub tłumienia zakłóceń elektromagnetycznych w określonym zakresie częstotliwości. Są powszechnie stosowane w sprzęcie elektronicznym, takim jak zasilacze, sprzęt audio, systemy komputerowe i inny sprzęt elektroniczny o wysokiej niezawodności i wymaganiach EMC.
Filtry EMI to zwykle filtry dolnoprzepustowe, które przepuszczają sygnały o niskiej częstotliwości, jednocześnie blokując sygnały o wysokiej częstotliwości lub „szum”. Kondensatory blokują pewne częstotliwości, przepuszczając inne. Kondensatory rozładowują się do płaszczyzny uziemienia, redukując w ten sposób sygnały o wysokiej częstotliwości. Cewki indukcyjne działają inaczej; pochłaniają energię o wysokiej częstotliwości i przekształcają ją w ciepło, tłumiąc w ten sposób hałas o wysokiej częstotliwości. Niestandardowe filtry można „dostroić”, aby spełniały określone wymagania częstotliwościowe, „podkręcając” kombinację kondensatorów i cewek indukcyjnych.
Filtry EMI można podzielić na dwa typy: filtry trybu różnicowego i filtry trybu wspólnego. Filtry trybu różnicowego tłumią zakłócenia występujące między dwiema liniami sygnałowymi, podczas gdy filtry trybu wspólnego tłumią zakłócenia występujące między linią sygnałową a masą.
Co to jest ekranowanie EMI?
Ekranowanie EMI to proces zmniejszania promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez urządzenia lub systemy elektroniczne i zapobieganie zakłócaniu działania tych urządzeń przez zewnętrzne sygnały elektromagnetyczne. Ekranowanie EMI jest konieczne, ponieważ promieniowanie elektromagnetyczne może zakłócać działanie innych urządzeń elektronicznych i powodować nieprawidłowe działanie lub błędy Ekranowanie EMI wymaga użycia materiałów przewodzących, takich jak miedź lub aluminium, w celu zablokowania lub osłabienia sygnałów elektromagnetycznych przed wejściem lub wyjściem z urządzenia.
Ekranowanie EMI można uzyskać, umieszczając ekran przewodzący (zwany klatką Faradaya) wokół urządzenia lub pokrywając urządzenie materiałem przewodzącym. Przewodzący ekran lub powłoka tworzy barierę, która zapobiega przedostawaniu się lub wychodzeniu sygnałów elektromagnetycznych z urządzenia, zmniejszając w ten sposób ryzyko zakłóceń elektromagnetycznych. Ekranowanie EMI można zastosować do elementów elektronicznych, płytek drukowanych, kabli, a nawet całych urządzeń lub systemów elektronicznych.
Filtrowanie a ekranowanie
Wybór między filtrowaniem a ekranowaniem zależy od wielu czynników, takich jak czułość urządzenia i ilość EMI, które zostaną wygenerowane. Przewodność, rozmiar i koszt również odgrywają rolę w wyborze najlepszego rozwiązania EMI.
Ekranowanie obejmuje kompleksowe podejście do zarządzania EMI, podczas gdy filtry są ukierunkowane na określone obszary EMI. Ekranowanie odbija nadchodzącą energię, jednocześnie generując pewną absorpcję. Energia ta jest przekształcana w ciepło i dlatego wymaga pewnego rodzaju zarządzania termicznego. Ponadto jakość materiału użytego do ekranowania wpływa nie tylko na moc wyjściową, ale także na wagę systemu, tj. grubsze ekranowanie jest skuteczniejsze, ale i cięższe. Podczas gdy ekranowanie odbija i tłumi EMI, filtry eliminują EMI, adresując wrażliwe punkty w systemie, które generują najwięcej zakłóceń. Dzięki temu filtry można dostosować do konkretnych potrzeb.
