Elektromágneses interferencia
Egyszerűen fogalmazva, az elektromágneses interferencia (EMI) az elektromágneses terek (pl. rádiófrekvenciás) hatása az érzékeny elektronikus berendezésekre és rendszerekre. Meglepően széles területen terjed, és komoly károkat okozhat a rendszerben. Szerencsére két megoldás lehetséges erre a problémára: a szűrés és az árnyékolás.
Az EMI-szűrés és -árnyékolás két különböző technika, amelyet az EMI-problémák kezelésére használnak elektronikus eszközökben vagy rendszerekben. Az elektronikus rendszerek esetében aggodalomra ad okot a sugárzott és vezetett érzékenység, valamint a sugárzott és vezetett emisszió, amely a rendszer EMI-zaj.
De mi a különbség?
Szűrő
Az EMI, az EMC és a védelmi igények rövid története
Az 1930-as években, amikor a rádiók gyorsan háztartási szükségletté váltak szerte a világon, a felhasználók kezdték észrevenni a frekvenciák furcsa hatásait más elektronikus és elektromos berendezésekre. Ez az "elektromágneses interferencia" néven ismert jelenség egyértelműen megmutatta, hogy szükség van egy módra a berendezések védelmére a hibás rádiójelekkel szemben.
E problémák megoldása 1933-ban jelent meg, amikor a párizsi Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) Nemzetközi Különleges Rádiózavar-bizottsága (CISPR) kiadta a legkorábbi ajánlásokat az EMI minimalizálására. A kibocsátási korlátozások akkor lépnek fel, ha a rendszereket összekapcsolják annak biztosítása érdekében, hogy az egyik rendszerben keltett zaj ne zavarja a másik rendszer teljesítményét.
Már 1967-ben felismerték az átfogóbb EMI-szűrési és -árnyékolási módszerek és berendezések szükségességét a védelmi alkalmazásokhoz, amikor a USS Forrestal repülőgép-hordozó, amelyet a Tonkin-öbölben telepítettek a vietnami amerikai erők támogatására, katasztrofális tüzet szenvedett, amikor egy elektronikus anomália kiváltott egy Zuni rakétát. Ez 134 halálesetet és közel 200 sérülést okozott. Később megállapították, hogy a baleset kiváltó oka a nem megfelelően felszerelt árnyékolt kábelcsatlakozó és a pilótafülke több elektromágneses mezője volt, ami miatt a rakéta kigyulladt és meggyulladt egy közeli repülőgép üzemanyagtartálya.
Később, amikor az 1990-es években egyre általánosabbá váltak a mobiltelefonok és más hordozható elektronikai eszközök, több légitársaság rájött, hogy az ezekből és más eszközökből érkező jelek zavarhatják a repüléstechnikát, így akadályozva a repülőgépek biztonságos repülését vagy navigációs képességeit. Katonai vezetők azt találták, hogy az elektromágneses interferencia, legyen az akár természetes, akár ember okozta, komolyan zavarhatja a Globális Helymeghatározó Rendszer (GNSS) technológiáját, ami miatt a pilóta nélküli légi járművek nem tudnak megbízhatóan repülni. A katonai tevékenységek által okozott GNSS interferencia és EMI a polgári repülés biztonságának figyelemre méltó problémája, amely a mai napig tart.
A rádióinterferenciát követően az EMI számos más formáját is felismerték, beleértve a mikrohullámú, infravörös, gamma- és röntgensugarakat, amelyek mindegyike számos módszerrel és berendezéssel kiküszöbölhető. A CISPR ajánlásai a modern nemzetközi szabvány alapját képezik. Az EMI megelőzése és annak meghatározása, hogy az elektronikus berendezések hogyan működhetnek együtt anélkül, hogy interferencia befolyásolná a teljesítményt. Ezt nevezik elektromágneses kompatibilitásnak.
Az elektromágneses kompatibilitás (EMC) meghatározza az elektromos és elektronikus berendezések elfogadható működési képességét, amikor külső elektromágneses forrásoknak vannak kitéve, és amikor korlátozza a belsőleg generált nem kívánt elektromágneses energiát.
Az EMC három szempontból áll: a berendezés által keltett elektromágneses interferencia-sugárzás korlátozása, a berendezés külső elektromágneses interferencia-forrásokkal szembeni érzékenysége, valamint a berendezés védettsége adott környezetben történő működés közben.
Különböző típusú elektromágneses interferencia
Az EMI általában négy típusba sorolható az eredeti jel forrása vagy sávszélessége alapján. A keskeny sávú EMI-t mobiltelefon-, rádió- vagy TV-adások generálják, míg a szélessávú EMI-nek szélesebb a rádióspektruma, és jelforrásokból, például áramátviteli vezetékekből származó nem szándékos sugárzás generálja. A sugárzás forrásától függően az EMI szándékos, nem szándékos, rendszerközi vagy rendszeren belüli kategóriába sorolható:
A nem szándékos vagy „nem működő” EMI-t nem szándékos berendezések, például hegesztőberendezések, egyenáramú motorok, számítógépek és elektromos vezetékek generálják.
- A szándékos EMI (IEMI) a speciálisan tervezett berendezések által kibocsátott EMI, gyakran elektronikus hadviselési rendszerek, például elektronikus ellenintézkedések és elektromágneses impulzus (EMP) fegyverek részeként.
- A rendszerközi EMI egy rendszer vagy eszköz két összetevője között generált interferencia, míg a rendszerek közötti EMI két vagy több független rendszer között.
Különböző típusú EMI
Mi az EMI szűrés?
Az EMI-szűrés fontos szempont az elektronikus berendezések tervezése és gyártása során a megbízható működés és az elektromágneses kompatibilitási (EMC) előírásoknak való megfelelés biztosítása érdekében.
Az EMI-szűrés az elektromágneses jelek által okozott interferencia csökkentésének vagy megszüntetésének folyamata egy elektronikus eszközben vagy rendszerben. Ez a technika a nem kívánt elektromágneses jelek (zaj) kiszűrésére szolgál, amelyek zavarhatják az elektronikus berendezések működését vagy elektromágneses interferenciát okozhatnak.
Az EMI szűrőket általában az eszköz bemenetére vagy kimenetére helyezik, és panelre vagy PCB-re szerelhetők. Passzív alkatrészek, például kondenzátorok, induktorok és ellenállások kombinációjából állnak, amelyek az EMI csillapítására vagy elnyomására szolgálnak egy adott frekvenciatartományban. Általában elektronikus berendezésekben használják, például tápegységekben, audioberendezésekben, számítógépes rendszerekben és más elektronikus berendezésekben, amelyek nagy megbízhatósággal és EMC-követelményekkel rendelkeznek.
Az EMI-szűrők általában aluláteresztő szűrők, amelyek lehetővé teszik az alacsony frekvenciájú jelek áthaladását, miközben blokkolják a magas frekvenciájú jeleket vagy a "zajt". A kondenzátorok blokkolnak bizonyos frekvenciákat, míg másokat átengednek. A kondenzátorok kisülnek az alaplapba, ezáltal csökkentve a nagyfrekvenciás jeleket. Az induktorok eltérően működnek; elnyelik a nagyfrekvenciás energiát és hővé alakítják, így elnyomják a nagyfrekvenciás zajokat. Az egyedi szűrők a kondenzátorok és az induktorok kombinációjának "beigazításával" "hangolhatók", hogy megfeleljenek bizonyos frekvenciakövetelményeknek.
Az EMI szűrők két típusra oszthatók: differenciális módú szűrőkre és közös módú szűrőkre. A differenciális módú szűrők csillapítják a két jelvonal között fellépő interferenciát, míg a közös módú szűrők a jelvezeték és a föld között fellépő interferenciát.
Mi az EMI árnyékolás?
Az EMI-árnyékolás az elektronikus eszközök vagy rendszerek által kibocsátott elektromágneses sugárzás csökkentésének folyamata, és megakadályozza, hogy a külső elektromágneses jelek zavarják ezen eszközök működését. Az EMI-árnyékolás azért szükséges, mert az elektromágneses sugárzás zavarhatja más elektronikus eszközök működését, és hibás működést vagy hibát okozhat. Az EMI-árnyékolás során vezető anyagokat, például rézt vagy alumíniumot használnak az elektromágneses jelek blokkolására vagy csillapítására, hogy bejussanak vagy elhagyják az eszközt.
Az EMI-árnyékolás megvalósítható vezetőképes árnyékolás (az úgynevezett Faraday-kalitka) elhelyezésével az eszköz körül, vagy az eszköz vezető anyaggal való bevonásával. A vezetőképes árnyékolás vagy bevonat akadályt hoz létre, amely megakadályozza az elektromágneses jelek bejutását vagy elhagyását a berendezésbe, így csökkentve az elektromágneses interferencia kockázatát.Az EMI-árnyékolás alkalmazható elektronikus alkatrészekre, áramköri lapokra, kábelekre, vagy akár teljes elektronikus eszközökre vagy rendszerekre.
Szűrés vs. árnyékolás
A szűrés és az árnyékolás közötti választás számos tényezőtől függ, például az eszköz érzékenységétől és a generált EMI mennyiségétől. A legjobb EMI-megoldás kiválasztásában a vezetőképesség, a méret és a költség is szerepet játszik.
Az árnyékolás átfogó megközelítést alkalmaz az EMI-kezelésben, míg a szűrők meghatározott EMI-területeket céloznak meg. Az árnyékolás visszaveri a bejövő energiát, miközben némi abszorpciót generál. Ez az energia hővé alakul, ezért bizonyos típusú hőkezelést igényel. Ráadásul az árnyékoláshoz használt anyag minősége nem csak a teljesítményt, hanem a rendszer súlyát is befolyásolja, vagyis a vastagabb árnyékolás hatékonyabb, de nehezebb is. Míg az árnyékolás tükrözi és elnyomja az EMI-t, a szűrők kiküszöbölik az EMI-t azáltal, hogy kezelik a rendszer sebezhető pontjait, amelyek a legtöbb interferenciát okozzák. Ennek eredményeként a szűrők testreszabhatók az egyedi igényeknek megfelelően.