EMI stínění vs. filtrování | Astrodyne TDI

Jak se náš svět stává stále více digitálním a elektronická zařízení hrají v našich životech stále větší roli, stává se elektromagnetické rušení neboli EMI stále důležitějším problémem. Každý, kdo navrhuje a vyrábí elektronická zařízení nebo součástky, se musí zabývat řízením EMI.

Dvěma základními metodami, jak toho dosáhnout, jsou stínění a filtrace.

Při příjmu elektromagnetických vln elektronickými zařízeními se mohou v obvodu indukovat elektrické proudy, které způsobují rušení a narušují zamýšlenou činnost zařízení. Pokud je energie obzvláště silná, může dojít k poškození elektronického zařízení. I když je použitá energie relativně malá, pokud se smísí s rádiovými vlnami používanými pro komunikaci, může způsobit ztrátu příjmu, narušení obrazu a abnormální šum v místech, kde jsou rádiové vlny slabé.

Kvalitní elektrický zemnicí systém může pomoci minimalizovat problémy s EMI.

Stínění, filtry, kondenzátory a induktory mohou také snížit náchylnost systému k rušení. Při návrhu elektronických zařízení může přidání filtrů a stínění pomoci kontrolovat EMI. Oba druhy součástek zajišťují potlačení šumu a lze je použít, aniž by výrazně zvětšily velikost nebo zvýšily náklady na zařízení.

Jaký je však rozdíl mezi těmito dvěma způsoby potlačení šumu a kdy byste je měli použít? Přečtěte si, abyste to zjistili.

Co je to EMI?

EMI je narušení provozu elektronického výrobku v důsledku elektromagnetického pole. EMI se také nazývá radiofrekvenční rušení (RFI), pokud se pole nachází v radiofrekvenčním spektru na elektromagnetickém frekvenčním spektru. Elektromagnetické vlny, které mají za následek rušení, se označují jako elektromagnetický šum.

Dalším souvisejícím termínem s EMI je EMC, což je zkratka pro elektromagnetickou kompatibilitu. Tento termín se vztahuje k tomu, jak dobře zařízení funguje v prostředí s elektromagnetickým šumem.

Odolnost výrobku vůči šumu a také to, jak moc šum produkuje, obojí ovlivňuje jeho EMC.

Aby mohl každý výrobek fungovat a umožnit fungování jiných zařízení, musí být schopen fungovat i při vystavení určité úrovni šumu a nesmí produkovat EMI na úrovni, která by bránila funkci zařízení. Ve Spojených státech amerických reguluje elektromagnetické rušení Federální komise pro komunikace neboli FCC. V některých odvětvích ji mezinárodně reguluje Mezinárodní zvláštní výbor pro rádiové rušení.

Mnoho dalších průmyslových norem rovněž stanovuje požadavky týkající se EMC.

Obvody v osobních počítačích vytvářejí EM pole v rozsahu RF. Také displeje s katodovou trubicí vytvářejí EM energii v rozsahu frekvencí.

Používáte-li bezdrátový přijímač současně s osobním počítačem, pravděpodobně uslyšíte v přijímači RF šum. Bezdrátové vysílače také produkují EM pole a ty se středním a vysokým výkonem mohou vytvářet pole dostatečně silná na to, aby rušila elektronická zařízení pracující v okolí. Pokud například používáte rozhlasový nebo televizní vysílač v blízkosti vysílací stanice, můžete se setkat s EMI.

Silná VF pole mohou způsobit, že telefony, počítače a dokonce i některé lékařské přístroje přestanou správně fungovat. Přírodní jevy, jako jsou elektrické bouře, sluneční erupce a statická elektřina, mohou rovněž způsobovat EMI. Proto jsou stínění a filtrování EMI tak důležité.

Jak funguje stínění EMI?

Co je stínění EMI-RFI?

Stínění EMI-RFI znamená obklopení objektu kovovou deskou nebo jinou formou ochrany, která blokuje elektromagnetická pole. EMI stínění jsou navržena tak, aby zabránila pronikání vyzařovaných emisí za určitý bod. Řešení stínění EMI mohou chránit zařízení před vnějším zářením a zároveň zabránit tomu, aby toto zařízení vyzařovalo záření, které by mohlo způsobit rušení jiných zařízení.

Co se tedy stane, když EM vlna narazí na stínění EMI?

Podívejme se na některé základní principy stínění EMI.

Vodivý povrch stínění odráží většinu energie z EM vlny do různých směrů. Přesný způsob odrazu vlny závisí na vlastnostech materiálu stínění a na fázi vlny při dopadu na stínění. Stínění EMI také absorbuje část energie z EM vlny, která se přemění na tepelnou energii.

V závislosti na úrovni výkonu může tato tepelná energie vyžadovat tepelné řízení.

Některé materiály stínění EMI jsou vyrobeny tak, aby sloužily jako chladiče. V elektronických obvodech s vyšším výkonem, zejména pokud se používají stínicí mechanismy, které pohlcují více energie, může být nutné mít v kovových listech stínění otvory pro uvolňování tepla. Velikost těchto otvorů by neměla souviset s vlnovými délkami zadržovaných vln, protože to může minimalizovat účinnost stínění EMI.

Aby stínicí materiály dobře fungovaly, potřebují také dobré zemní spojení.

Jak vybrat, které stínicí materiály EMI-RFI použít?

Existuje několik zásadních parametrů, včetně tloušťky, hmotnosti, vodivosti materiálu a nákladů na nástroje.

Tlustší stínění obvykle poskytují lepší výsledky, ale je to spojeno s kompromisem v podobě zvýšení hmotnosti konstrukce. Většina dodavatelů stínicích materiálů uvádí míry účinnosti při různých frekvencích s použitelnými frekvenčními rozsahy materiálů. Tato měření pomáhají při porovnávání hmotnosti a hustoty stínicího materiálu s množstvím stínění, které poskytuje.

Další méně obvyklé, ale stále potenciálně užitečné parametry zahrnují objemový odpor, rozsah pracovních teplot a tlakovou sílu, pokud se materiál používá jako těsnění.

Příklady materiálů běžně používaných pro stínění EMI zahrnují:

• Měď
• Hliník
• Nerezová ocel

V poslední době začali výrobci používat také kompozitní materiály, jako jsou síťoviny a tkaniny. Tato řešení často kombinují kov s polyesterovým materiálem. Mezi výhody těchto novějších materiálů patří jejich nízká hmotnost a pružnost. I přes jejich nízkou hmotnost jsou stále funkční.

Mezi aplikace stínění EMI, ve kterých se tyto materiály používají, patří stínění kolem desek plošných spojů v krytu zařízení a zajištění sekundárního stínění ve zdravotnických zařízeních.

K dispozici jsou zakázková řešení stínění EMI i hotové stínicí produkty.

Jak funguje filtrace EMI?

Filtry EMI-RFI dokáží odstranit nežádoucí složky a propustit ty potřebné v elektrickém proudu tekoucím ve vodičích. Šum se odkloní na zem, pohltí se nebo se vrátí zpět ke svému původu.

Filtr EMI má dva druhy součástek – kondenzátory a induktory – které společně pracují na snížení EMI:

• Kondenzátory: Kondenzátory brání stejnosměrnému proudu, kterým se do zařízení dostává značné množství elektromagnetického rušení, ale propouštějí střídavý proud.
• Induktory:

Kondenzátory, které se nacházejí v EMI filtrech, se označují jako šuntovací kondenzátory.

Přesměrovávají vysokofrekvenční proud, který by mohl způsobovat rušení, mimo obvod a přivádějí ho do induktorů uspořádaných v sérii. Jak proud prochází touto sérií induktorů, snižuje se jeho napětí. V ideálním případě induktory zmenší rušení na nulu, což se také nazývá zkratování na zem.

Úloha filtrů se od úlohy stínění liší v několika ohledech.

Prozkoumejme některé základní principy filtrování EMI.

Stínění EMI poskytuje stínění pro celé konstrukce nebo obvody.

Filtry pro potlačení EMI se naproti tomu zaměřují na konkrétní zdroje rušení. Stínění zadržují EM záření uvnitř oblasti a také zabraňují vstupu EM záření do této oblasti. Filtry kontrolují EM energii procházející vodiči. Umísťují se na určitá místa obvodu, aby kontrolovaly tok proudu při různých frekvencích.

Zatímco štíty jsou určeny ke kontrole vyzařovaných emisí EMI, filtry se zaměřují na kontrolu vedeného šumu.

Vhodný filtr, který se má použít, závisí na mechanické konfiguraci systému a frekvenci šumu v systému ve vztahu k cílové frekvenci vysílaných signálů. Musíte zvolit filtr s kondenzátorem, který neodřízne signály, které chcete propustit, ale zablokuje signály v rozsahu frekvencí šumu, který se snažíte řešit.

Existují různé typy filtrů EMI, které můžete použít.

Vhodný typ závisí na frekvencích, které chcete blokovat, na napětí, se kterým pracujete, a na dalších faktorech. Výrobci filtrů obvykle poskytují podrobné informace o mezní frekvenci filtrů, které nabízejí.

Dva zásadní typy filtrů EMI zahrnují jednofázové a třífázové filtry:

• Jednofázové filtry: Tyto filtry jsou nejvhodnější pro menší zařízení, jako je spotřební elektronika, domácí spotřebiče, fitness zařízení a některé průmyslové aplikace, například napájecí zdroje, telekomunikační zařízení a zařízení pro potravinářské služby.
• Třífázové filtry: Tyto filtry mohou blokovat vyšší úrovně šumu než jednofázové filtry a jsou užitečné pro přísnější potlačení EMI. Tyto druhy filtrů jsou nezbytné pro aplikace s vysokým výkonem, jako jsou lékařská zařízení, testovací zařízení a různé typy průmyslových strojů, například nářadí a motory.

Další klasifikace filtrů EMI zahrnují:

• Vstupní filtry IEC, které se používají pro aplikace se vstupním napájením.
• Stejnosměrné filtry, které blokují vysokofrekvenční proudy, ale propouštějí stejnosměrné a nízkofrekvenční proudy.
• Měničové filtry EMI, které se používají v aplikacích, které zahrnují měniče frekvence nebo řídicí systémy založené na měniči.
• Průchozí filtry, které se používají v aplikacích, jako jsou skříně, základnové stanice, mobilní kryty a spínací zařízení, a poskytují vysoké vložné ztráty od kmitočtů KHz do GHz.

Mnoho filtrů se navrhuje pro použití v určitém odvětví nebo aplikaci a k dispozici jsou standardní i zakázkové filtry.

Je také důležité si uvědomit, že stejně jako u stínění jsou filtry pro správnou funkci závislé na správném uzemnění.

Kdy byste měli použít filtr proti elektromagnetickému rušení a kdy stínění?

Filtry i stínění jsou cennými nástroji pro snížení elektromagnetického rušení. V některých případech může být lepší zaměřit se více na jeden než na druhý.

Často je použití obou nejúčinnějším řešením.

U metod stínění EMI mohou někdy otvory a mezery ve stínění snížit jeho účinnost. Tyto otvory jsou však nezbytné pro redukci tepla. To je příklad, kdy je třeba kromě stínění použít i filtry EMI.

Stínění je užitečné pro řadu problémů s EMI a může EMI dostatečně odrážet.

Filtry však mohou EMI eliminovat. Filtry mohou řešit mnoho problémů souvisejících s průniky přes stínění a také vstupy a výstupy elektrického systému, což jsou obvykle nejzranitelnější místa stíněného systému. Na těchto místech jsou filtry nejúčinnější.

Použití technik filtrování EMI, stejně jako potlačení přechodových jevů, na rozhraní stíněného krytu je vysoce účinný způsob ochrany před problémy s kompatibilitou.

Umístění filtrů a filtrovaných konektorů na vstupní a výstupní rozhraní systému může pomoci eliminovat EM šum z vnitřních i vnějších zdrojů na rozhraní konektoru. Toto umístění posílá nežádoucí energii do uzemněného stíněného krytu, což z něj činí optimální místo pro eliminaci vysokofrekvenčního šumu a zmírnění problémů souvisejících s EMI.

Filtry chrání před šumem vedeným vodiči, zatímco stínění zmírňuje šum vedený prostorem. Vodič, kterým vede šum, však může fungovat také jako anténa. Když vodič funguje jako anténa, oba typy vedení se díky anténě navzájem přemění.

Proto je – pro úplné odrušení hluku – nezbytné použít na jednom místě jak stínění, tak filtry.

Pokud se například použije stínění pro blokování prostorového vedení a skrz stínění prochází vodič, tento vodič zachytí hluk a vtáhne ho dovnitř i vně stínění, což vede k emisi hluku. Z tohoto důvodu nelze prostorové vedení odclonit pouze stíněním.

Podobně při použití filtru pro ochranu proti průchodu vodiče mohou být vodiče umístěné před a za filtrem vzájemně spojeny prostorovým vedením. Z tohoto důvodu nemůže filtr sám o sobě vedení zcela vyloučit.

Použijete-li však na jednom místě stínicí mechanismus proti EMI i filtr, můžete zcela vyloučit prostorové i vodivé vedení a eliminovat tak šum.

Je-li vodič umístěný mezi zdrojem šumu a filtrem krátký, nebude mít jako vodič významný účinek. Pak můžete ignorovat problém vodiče působícího jako anténa a účinně eliminovat šum pouze pomocí filtru. V podstatě platí, že pokud můžete umístit filtr výrazně blízko zdroje šumu, můžete jej potlačit pouze pomocí filtru a použití stínění není nutné.

Řešení filtrů EMI od společnosti Astrodyne TDI

Po více než 50 let společnost Astrodyne TDI zkoumá, vyvíjí, zdokonaluje a dodává filtry elektromagnetického rušení pro širokou škálu aplikací v různých odvětvích, včetně komerčního, průmyslového, vojenského a lékařského sektoru. Za desítky let zkušeností jsme si získali pověst důvěryhodného partnera, který pomáhá společnostem vytvářet výkonné a spolehlivé výrobky a splňovat příslušné elektronické a energetické normy.

V závislosti na potřebách vašeho zařízení a vašeho odvětví můžete potřebovat buď cenově výhodný, hotový filtr EMI, nebo robustní, vysoce výkonný filtr na zakázku pro aplikace v lékařském, leteckém nebo vojenském sektoru nebo na jiném trhu.

V Astrodyne TDI nabízíme širokou škálu vysoce kvalitních filtrů EMI. Máme také vlastní inženýrské a konstrukční znalosti potřebné k tomu, abychom vám poskytli vlastní řešení EMI, které splňuje požadavky vašeho zařízení i průmyslové normy a předpisy.

Naše řešení filtrů EMI zahrnují vše od malých jednofázových komponentů až po třífázové filtry průmyslové třídy. Nabízíme stejnosměrné filtry EMI, průchozí filtry, vstupní filtry IEC, filtry EMI pro měniče, odrušovací komponenty, harmonické filtry a další.

Máme také velké zásoby napájecích zdrojů pro řadu aplikací. Naše napájecí zdroje mají výkon od 5 W do 16,5 kW a používají se jako základ větších systémů až do 500 kW. Většina našich standardních zásob má schválení mezinárodních agentur od organizací, jako jsou Underwriters Laboratories (UL), Conformité Européenne (CE) a Canadian Standards Association (CSA).

Chcete-li se dozvědět více o našich standardních a zakázkových EMI filtrech, kontaktujte nás nebo si ještě dnes vyžádejte cenovou nabídku.

Pomůžeme vašemu zařízení a vaší značce vybudovat si reputaci díky výkonu a spolehlivosti. S Astrodyne TDI máte nyní sílu.