Електромагнитни смущения
Просто казано, електромагнитната интерференция (EMI) е ефектът на електромагнитните полета (напр. радиочестота) върху чувствително електронно оборудване и системи. Той се разпространява в изненадващо широка област и може да причини сериозни щети на вашата система. За щастие има две възможни решения на този проблем: филтриране и екраниране.
EMI филтрирането и екранирането са две различни техники, използвани за справяне с проблема с EMI в електронни устройства или системи. При електронните системи съществуват опасения относно чувствителността на излъчване и провеждане, както и излъчваните и провежданите емисии, които са EMI шум от системата.
Но каква е разликата?
Филтриране
Кратка история на EMI, EMC и нуждите от защита
През 30-те години на миналия век, когато радиото бързо се превърна в домакинска необходимост по света, потребителите започнаха да забелязват странните ефекти на честотите върху друго електронно и електрическо оборудване. Това явление, известно като "електромагнитни смущения", ясно демонстрира необходимостта от начин за защита на оборудването от грешни радиосигнали.
Решението на тези проблеми идва през 1933 г., когато Международният специален комитет по радиосмущения (CISPR) към Международната електротехническа комисия (IEC) в Париж издаде най-ранните препоръки за минимизиране на EMI. Ограниченията на емисиите възникват, когато системите са свързани помежду си, за да се гарантира, че шумът, генериран в една система, не пречи на работата на друга.
Нуждата от по-всеобхватни методи за филтриране и екраниране на EMI и оборудване за отбранителни приложения беше разпозната още през 1967 г., когато самолетоносачът USS Forrestal, разположен в залива на Тонкин в подкрепа на американските сили във Виетнам, претърпя катастрофален пожар, когато електронен аномалия задейства ракета Zuni. Това доведе до 134 смъртни случая и близо 200 ранени. По-късно беше установено, че основната причина за инцидента е неправилно инсталиран екраниран кабелен конектор и множество електромагнитни полета в пилотската кабина, което е причинило запалване на ракетата и запалване на резервоара за гориво на близкия самолет.
По-късно, когато мобилните телефони и други преносими електронни устройства станаха по-често срещани през 90-те години, няколко авиокомпании осъзнаха, че сигналите от тези и други устройства могат да пречат на авиониката, като по този начин възпрепятстват безопасния полет или навигационните способности на самолетите. Военни лидери са открили, че електромагнитните смущения, независимо дали са естествени или причинени от човека, могат сериозно да попречат на технологията на глобалната система за позициониране (GNSS), което прави безпилотните летателни апарати неспособни да летят надеждно. Смущенията на GNSS и EMI, причинени от военни дейности, са забележителен проблем в безопасността на полетите на гражданската авиация, който продължава и до днес.
След радиосмущения бяха признати много други форми на EMI, включително микровълни, инфрачервени лъчи, гама и рентгенови лъчи, всяка от които може да бъде елиминирана чрез набор от методи и оборудване. Препоръките на CISPR формират основата на съвременния международен стандарт за Предотвратяване на електромагнитни смущения и определяне на начина, по който електронното оборудване може да съществува съвместно без смущения, засягащи работата. Това се нарича електромагнитна съвместимост.
Електромагнитната съвместимост (EMC) определя приемливата оперативна способност на електрическото и електронното оборудване, когато е изложено на външни електромагнитни източници и когато ограничава нежеланата електромагнитна енергия, генерирана вътрешно.
EMC се състои от три аспекта: ограничаване на излъчването на електромагнитни смущения, генерирани от оборудването, чувствителността на оборудването към външни източници на електромагнитни смущения и устойчивостта на оборудването при работа в дадена среда.
Различни видове електромагнитни смущения
EMI обикновено може да се категоризира в четири типа въз основа на източника или честотната лента на оригиналния сигнал. Теснолентовият EMI се генерира от клетъчни телефони, радио или телевизионни предавания, докато широколентовият EMI има по-широк радиоспектър и се генерира от непреднамерено излъчване от източници на сигнал, като например електропреносни линии. В зависимост от източника на радиация, EMI може да бъде категоризиран като преднамерен, непреднамерен, междусистемен или вътрешносистемен:
Непреднамерени или "нефункционални" EMI се генерират от непреднамерено оборудване като оборудване за заваряване, DC двигатели, компютри и електропроводи.
- Преднамереното EMI (IEMI) е EMI, излъчвано от специално проектирано оборудване, често като част от системи за електронна война, като електронни противодействия и оръжия с електромагнитен импулс (EMP).
-Междусистемните EMI са смущения, генерирани между два компонента на система или устройство, докато междусистемните EMI възникват между две или повече независими системи.
Различни видове EMI
Какво е EMI филтриране?
EMI филтрирането е важно съображение при проектирането и производството на електронно оборудване, за да се осигури надеждна работа и съответствие с разпоредбите за електромагнитна съвместимост (EMC).
EMI филтрирането е процес на намаляване или елиминиране на смущения, причинени от електромагнитни сигнали в електронно устройство или система. Това е техника, използвана за филтриране на нежелани електромагнитни сигнали (шум), които могат да попречат на работата на електронно оборудване или да причинят електромагнитни смущения.
EMI филтрите обикновено се поставят на входа или изхода на устройството и могат да бъдат монтирани на панел или печатна платка. Те се състоят от комбинация от пасивни компоненти като кондензатори, индуктори и резистори, предназначени да отслабват или потискат EMI в определен честотен диапазон. Те обикновено се използват в електронно оборудване като захранващи устройства, аудио оборудване, компютърни системи и друго електронно оборудване с висока надеждност и изисквания за EMC.
EMI филтрите обикновено са нискочестотни филтри, които позволяват преминаването на нискочестотни сигнали, като същевременно блокират високочестотни сигнали или „шум“. Кондензаторите блокират определени честоти, като същевременно позволяват на други да преминат. Кондензаторите се разреждат в заземителната равнина, като по този начин намаляват високочестотните сигнали. Индукторите работят по различен начин; те абсорбират високочестотна енергия и я превръщат в топлина, като по този начин потискат високочестотния шум. Персонализираните филтри могат да бъдат "настроени", за да отговарят на специфични честотни изисквания чрез "промяна" на комбинацията от кондензатори и индуктори.
EMI филтрите могат да бъдат разделени на два типа: филтри за диференциален режим и филтри за общ режим. Филтрите с диференциален режим намаляват смущенията, възникващи между две сигнални линии, докато филтрите с общ режим намаляват смущенията, възникващи между сигналната линия и земята.
Какво е EMI екраниране?
EMI екранирането е процесът на намаляване на електромагнитното излъчване, излъчвано от електронни устройства или системи, и предотвратяването на външни електромагнитни сигнали да пречат на работата на тези устройства. EMI екранирането е необходимо, тъй като електромагнитното излъчване може да попречи на работата на други електронни устройства и да причини неизправности или грешки .EMI екранирането включва използването на проводими материали, като мед или алуминий, за блокиране или отслабване на електромагнитни сигнали от влизане или излизане от устройството.
EMI екранирането може да бъде постигнато чрез поставяне на проводимо екраниране (наречено Фарадеев кафез) около устройството или чрез покриване на устройството с проводящ материал. Проводимото екраниране или покритие създава бариера, която предотвратява навлизането или излизането на електромагнитни сигнали от оборудването, като по този начин намалява риска от електромагнитни смущения. EMI екранирането може да се приложи към електронни компоненти, печатни платки, кабели или дори цели електронни устройства или системи.
Филтриране срещу екраниране
Изборът между филтриране и екраниране зависи от различни фактори, като чувствителността на устройството и количеството EMI, което ще се генерира. Проводимостта, размерът и цената също играят роля при избора на най-доброто EMI решение.
Shielding използва цялостен подход към управлението на EMI, докато филтрите са насочени към специфични EMI области. Екранирането отразява входящата енергия, като същевременно генерира известна абсорбция. Тази енергия се преобразува в топлина и следователно изисква някакъв вид термично управление. В допълнение, качеството на материала, използван за екраниране, влияе не само върху производителността, но и върху теглото на системата, т.е. по-дебелото екраниране е по-ефективно, но и по-тежко. Докато екранирането отразява и потиска EMI, филтрите елиминират EMI, като адресират уязвимите точки в системата, които генерират най-много смущения. В резултат на това филтрите могат да бъдат персонализирани, за да отговорят на конкретни нужди.
