EMI-Abschirmung vs. Filterung | Astrodyne TDI

Da unsere Welt immer digitaler wird und elektronische Geräte eine immer zentralere Rolle in unserem Leben spielen, wird elektromagnetische Interferenz, oder EMI, ein immer wichtigeres Thema. Jeder, der elektronische Geräte oder Komponenten entwirft und herstellt, muss sich mit dem Umgang mit EMI befassen.

Abschirmung und Filterung sind zwei Hauptmethoden, um dies zu erreichen.

Wenn elektronische Geräte elektromagnetische Wellen empfangen, können sie elektrische Ströme in den Schaltkreis induzieren, die Störungen verursachen und den vorgesehenen Betrieb des Geräts unterbrechen. Wenn die Energie besonders stark ist, kann das elektronische Gerät beschädigt werden. Selbst wenn die angelegte Energie relativ gering ist, kann sie, wenn sie sich mit den für die Kommunikation verwendeten Funkwellen vermischt, zu Empfangsverlusten, gestörten Videos und abnormalem Rauschen an Orten führen, an denen die Funkwellen schwach sind.

Ein hochwertiges elektrisches Erdungssystem kann dazu beitragen, EMI-Probleme zu minimieren.

Abschirmungen, Filter, Kondensatoren und Induktoren können ebenfalls die Störanfälligkeit eines Systems verringern. Bei der Entwicklung elektronischer Geräte kann das Hinzufügen von Filtern und Abschirmungen helfen, EMI zu kontrollieren. Beide Arten von Komponenten dienen der Rauschunterdrückung und können verwendet werden, ohne dass ein Gerät wesentlich größer oder teurer wird.

Was ist jedoch der Unterschied zwischen diesen beiden Methoden der Rauschunterdrückung und wann sollte man sie verwenden? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

Was ist EMI?

EMI ist die Störung des Betriebs eines elektronischen Produkts durch ein elektromagnetisches Feld. EMI wird auch als Hochfrequenzstörung (RFI) bezeichnet, wenn das Feld im Hochfrequenzbereich des elektromagnetischen Frequenzspektrums liegt. Die elektromagnetischen Wellen, die zu Störungen führen, werden als elektromagnetisches Rauschen bezeichnet.

Ein weiterer verwandter Begriff zu EMI ist EMV, der für elektromagnetische Verträglichkeit steht. Dieser Begriff bezieht sich darauf, wie gut ein Gerät in einer Umgebung mit elektromagnetischem Rauschen funktioniert.

Die Toleranz eines Produkts gegenüber Rauschen sowie die Menge des erzeugten Rauschens spielen beide eine Rolle bei der EMV.

Um zu funktionieren und den Betrieb anderer Geräte zu ermöglichen, muss jedes Produkt in der Lage sein, auch bei einem bestimmten Rauschpegel zu funktionieren, und darf keine EMI in einem Umfang erzeugen, der die Funktion der Geräte beeinträchtigt. In den Vereinigten Staaten regelt die Federal Communications Commission, kurz FCC, die EMI. Das International Special Committee for Radio Interference (Internationales Sonderkomitee für Funkstörungen) regelt sie international in einigen Bereichen.

Viele andere Industrienormen stellen ebenfalls Anforderungen an die EMV.

Die Schaltungen in Personalcomputern erzeugen EM-Felder im HF-Bereich. Kathodenstrahlröhren-Displays erzeugen ebenfalls EM-Energie in einem bestimmten Frequenzbereich.

Wenn Sie einen drahtlosen Empfänger gleichzeitig mit einem Personal Computer verwenden, werden Sie wahrscheinlich HF-Rauschen im Empfänger hören. Drahtlose Sender erzeugen ebenfalls EM-Felder, und Sender mit mittlerer oder hoher Leistung können Felder erzeugen, die stark genug sind, um elektronische Geräte in der Umgebung zu stören. Wenn Sie z. B. einen Radio- oder Fernsehsender in der Nähe eines Rundfunksenders benutzen, können Sie EMI wahrnehmen.

Starke HF-Felder können dazu führen, dass Telefone, Computer und sogar einige medizinische Geräte nicht mehr richtig funktionieren. Auch natürliche Ereignisse wie Gewitter, Sonneneruptionen und statische Elektrizität können EMI verursachen. Deshalb sind EMI-Abschirmung und EMI-Filterung so wichtig.

Wie funktioniert EMI-Abschirmung?

Was ist EMI-RFI-Abschirmung?

EMI-RFI-Abschirmung bedeutet, dass ein Objekt mit einer Metallplatte oder einer anderen Form des Schutzes umgeben wird, um elektromagnetische Felder zu blockieren. EMI-Abschirmungen sind so konzipiert, dass sie verhindern, dass die Strahlung einen bestimmten Punkt überschreitet. EMI-Abschirmungslösungen können ein Gerät sowohl vor externer Strahlung schützen als auch verhindern, dass dieses Gerät Strahlung aussendet, die andere Geräte stören könnte.

Was passiert also, wenn eine EM-Welle auf eine EMI-Abschirmung trifft?

Werfen wir einen Blick auf einige grundlegende Prinzipien der EMI-Abschirmung.

Die leitfähige Oberfläche der Abschirmung reflektiert den größten Teil der Energie der EM-Welle in verschiedene Richtungen. Wie genau die Welle reflektiert wird, hängt von der Beschaffenheit des Materials der Abschirmung und der Phase der Welle beim Auftreffen auf die Abschirmung ab. Die EMI-Abschirmung absorbiert auch einen Teil der Energie der EM-Welle, die in Wärmeenergie umgewandelt wird.

Abhängig vom Leistungsniveau kann diese Wärmeenergie ein Wärmemanagement erforderlich machen.

Einige EMI-Abschirmungsmaterialien sind so beschaffen, dass sie gleichzeitig als Kühlkörper dienen. Bei elektronischen Schaltungen mit höherer Leistung, insbesondere wenn Abschirmungsmechanismen verwendet werden, die mehr Energie absorbieren, kann es erforderlich sein, Öffnungen in den Metallblechen der Abschirmung vorzusehen, um die Wärme abzuleiten. Die Größe dieser Löcher sollte sich nicht auf die Wellenlängen der eingeschlossenen Wellen beziehen, da dies die Wirksamkeit der EMI-Abschirmung verringern kann.

Damit Abschirmungsmaterialien gut funktionieren, benötigen sie auch gute Erdverbindungen.

Wie wählt man die zu verwendenden EMI-RFI-Abschirmungsmaterialien aus?

Es gibt mehrere wichtige Parameter, darunter Dicke, Gewicht, Leitfähigkeit des Materials und Werkzeugkosten.

Dickere Abschirmungen führen in der Regel zu besseren Ergebnissen, aber das hat den Nachteil, dass sie das Gewicht des Designs erhöhen. Die meisten Anbieter von Abschirmmaterialien bieten Messungen der Wirksamkeit bei verschiedenen Frequenzen mit den nutzbaren Frequenzbereichen der Materialien an. Diese Messungen helfen beim Vergleich des Gewichts und der Dichte eines Abschirmungsmaterials mit der von ihm gebotenen Abschirmung.

Zu den anderen, weniger gebräuchlichen, aber dennoch potenziell nützlichen Parametern gehören der Volumenwiderstand, der Betriebstemperaturbereich und die Druckkraft, wenn das Material als Dichtung verwendet wird.

Beispiele für Materialien, die üblicherweise für die EMI-Abschirmung verwendet werden, sind:

• Kupfer
• Aluminium
• Edelstahl

In jüngster Zeit haben die Hersteller auch begonnen, Verbundwerkstoffe, wie z. B. Gewebe und Stoffe, zu verwenden. Bei diesen Lösungen wird häufig ein Metall mit einem Polyestermaterial kombiniert. Einige Vorteile dieser neueren Materialien sind ihr geringes Gewicht und ihre Flexibilität. Trotz ihres geringen Gewichts sind sie noch funktionstüchtig.

Zu den Anwendungen für die EMI-Abschirmung, bei denen diese Materialien eingesetzt werden, gehören die Abschirmung von Leiterplatten in einem Gerätegehäuse und die Bereitstellung einer sekundären Abschirmung im Gesundheitswesen.

Es gibt sowohl kundenspezifische EMI-Abschirmungslösungen als auch Abschirmungsprodukte von der Stange.

Wie funktioniert EMI-Filterung?

EMI-RFI-Filter können unerwünschte Komponenten entfernen und die notwendigen Komponenten im elektrischen Strom, der in Leitern fließt, durchlassen. Das Rauschen wird auf den Boden umgeleitet, absorbiert oder zu seinem Ursprung zurückgeführt.

Ein EMI-Filter besteht aus zwei Arten von Komponenten – Kondensatoren und Induktoren – die zusammenarbeiten, um EMI zu reduzieren:

• Kondensatoren: Kondensatoren hemmen den Gleichstrom, durch den ein großer Teil der elektromagnetischen Störungen in ein Gerät gelangt, lassen aber den Wechselstrom durch.
• Induktoren: Induktoren sind kleine Elektromagnete, die Energie in einem Magnetfeld halten können, wenn elektrischer Strom durch sie fließt, und so die Gesamtspannung verringern.

Die Kondensatoren in EMI-Filtern werden als Shunt-Kondensatoren bezeichnet.

Sie leiten hochfrequenten Strom, der Störungen verursachen würde, von einem Schaltkreis weg und speisen ihn in Induktoren ein, die in einer Reihe angeordnet sind. Wenn der Strom durch diese Reihe von Induktivitäten fließt, wird seine Spannung reduziert. Im Idealfall reduzieren die Induktivitäten die Störung auf Null, was auch als Kurzschluss gegen Erde bezeichnet wird.

Die Rolle von Filtern unterscheidet sich in mehrfacher Hinsicht von der von Abschirmungen.

Lassen Sie uns einige grundlegende EMI-Filterprinzipien untersuchen.

EMI-Abschirmungen bieten Abschirmung für ganze Designs oder Schaltungen.

EMI-Unterdrückungsfilter hingegen zielen auf bestimmte Störquellen ab. Abschirmungen schirmen EM-Strahlung innerhalb eines Bereichs ab und verhindern auch, dass EM-Strahlung in diesen Bereich eindringt. Filter kontrollieren die EM-Energie, die sich durch Leiterbahnen bewegt. Sie werden an bestimmten Punkten eines Stromkreises platziert, um den Stromfluss bei verschiedenen Frequenzen zu kontrollieren.

Während Abschirmungen darauf ausgelegt sind, abgestrahlte EMI-Emissionen zu kontrollieren, zielen Filter darauf ab, leitungsgebundenes Rauschen zu kontrollieren.

Der richtige Filter hängt von der mechanischen Konfiguration des Systems und der Frequenz des Rauschens im System in Bezug auf die Zielfrequenz der zu sendenden Signale ab. Sie müssen einen Filter mit einem Kondensator wählen, der die Signale, die Sie durchlassen wollen, nicht abschneidet, sondern Signale innerhalb des Frequenzbereichs des Rauschens, das Sie bekämpfen wollen, blockiert.

Es gibt verschiedene Arten von EMI-Filtern, die Sie verwenden können.

Der richtige Typ hängt von den Frequenzen ab, die Sie blockieren wollen, der Spannung, mit der Sie arbeiten, und anderen Faktoren. In der Regel geben die Filterhersteller detaillierte Informationen über die Grenzfrequenz der von ihnen angebotenen Filter an.

Zwei wichtige Typen von EMI-Filtern sind einphasige und dreiphasige Filter:

• Einphasige Filter: Diese Filter eignen sich am besten für kleinere Geräte wie Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräte, Fitnessgeräte und einige industrielle Anwendungen, z. B. Stromversorgungen, Telekommunikationsgeräte und Geräte der Lebensmittelindustrie.
• Dreiphasenfilter: Diese Filter können höhere Störpegel blockieren als einphasige Filter und sind für eine strengere EMI-Unterdrückung nützlich. Diese Art von Filtern ist für Hochleistungsanwendungen erforderlich, wie medizinische Geräte, Testgeräte und verschiedene Arten von Industriemaschinen, wie Werkzeuge und Motoren.

Andere Klassifizierungen von EMI-Filtern umfassen:

• IEC-Eingangsfilter, die für Stromeingangsanwendungen verwendet werden.
• Gleichstromfilter, die hochfrequente Ströme blockieren, aber Gleichstrom und niederfrequente Ströme durchlassen.
• Wechselrichter-EMI-Filter, die in Anwendungen mit Frequenzumrichtern oder inverterbasierten Steuerungssystemen eingesetzt werden.
• Durchführungsfilter, die in Anwendungen wie Gehäusen, Basisstationen, mobilen Schutzräumen und Schaltanlagen eingesetzt werden und eine hohe Einfügungsdämpfung von KHz- bis GHz-Frequenzen bieten.

Viele Filter werden für den Einsatz in einem bestimmten Sektor oder einer bestimmten Anwendung entwickelt, und es sind sowohl Standard- als auch kundenspezifische Filter erhältlich.

Wie bei Abschirmungen ist auch bei Filtern zu beachten, dass sie ordnungsgemäß geerdet sein müssen, um korrekt zu funktionieren.

Wann sollten Sie einen EMI-Filter im Vergleich zu einer Abschirmung verwenden?

Filter und Abschirmungen sind beide wertvolle Hilfsmittel zur Reduzierung von EMI. In manchen Fällen kann es besser sein, sich auf das eine zu konzentrieren als auf das andere.

Oft ist die Verwendung von beidem die effektivste Lösung.

Gelegentlich können bei EMI-Abschirmungsmethoden die Löcher und Lücken in der Abschirmung deren Wirksamkeit verringern. Diese Öffnungen sind jedoch für die Wärmereduzierung notwendig. Dies ist ein Beispiel für den Einsatz von EMI-Filtern zusätzlich zu einer Abschirmung.

Eine Abschirmung ist für eine Reihe von EMI-Problemen nützlich und kann EMI angemessen reflektieren.

Filter können EMI jedoch eliminieren. Filter können viele der Probleme angehen, die mit dem Durchdringen von Abschirmungen zusammenhängen, sowie die Ein- und Ausgänge eines elektrischen Systems, die normalerweise die anfälligsten Punkte eines abgeschirmten Systems sind. Filter sind an diesen Stellen am effektivsten.

Die Verwendung von EMI-Filtertechniken sowie die Unterdrückung von Transienten an der Schnittstelle eines abgeschirmten Gehäuses ist eine äußerst effiziente Methode zum Schutz vor Kompatibilitätsproblemen.

Die Platzierung von Filtern und gefilterten Steckverbindern an den Eingangs- und Ausgangsschnittstellen eines Systems kann dazu beitragen, EM-Störungen aus internen und externen Quellen an der Steckerschnittstelle zu beseitigen. Durch diese Platzierung wird die unerwünschte Energie in das geerdete, abgeschirmte Gehäuse geleitet, so dass dies ein optimaler Ort ist, um höherfrequentes Rauschen zu eliminieren und EMI-bezogene Probleme zu mindern.

Filter schützen vor Rauschen, das durch Leiter geleitet wird, während Abschirmungen Rauschen, das durch den Raum geleitet wird, mindern. Ein Leiter, durch den Rauschen geleitet wird, kann jedoch auch als Antenne wirken. Wenn der Leiter als Antenne wirkt, werden die beiden Arten von Leitungen durch die Antenne ineinander umgewandelt.

Deshalb ist es – um Lärm vollständig auszuschließen – unerlässlich, sowohl Abschirmungen als auch Filter an einem Ort zu verwenden.

Wenn zum Beispiel eine Abschirmung zur Blockierung von Raumleitung verwendet wird und ein Leiter durch die Abschirmung dringt, nimmt dieser Leiter Lärm auf und zieht ihn in das Innere und nach außen der Abschirmung, was zu Lärmemissionen führt. Aus diesem Grund kann man die Raumleitung mit einer Abschirmung allein nicht ausschalten.

Auch wenn ein Filter zum Schutz gegen die Leitung durch einen Leiter verwendet wird, können die Drähte vor und nach dem Filter durch Raumleitung miteinander gekoppelt werden. Aus diesem Grund kann der Filter die Leitung allein nicht vollständig ausschalten.

Wenn Sie jedoch sowohl einen EMI-Abschirmungsmechanismus als auch einen Filter an einer Stelle verwenden, können Sie sowohl die räumliche als auch die leitende Leitung vollständig ausschalten und das Rauschen eliminieren.

Wenn der Leiter zwischen der Rauschquelle und dem Filter kurz ist, hat er als Leiter keine nennenswerte Wirkung. In diesem Fall kann man das Problem, dass der Leiter als Antenne wirkt, ignorieren und das Rauschen nur mit einem Filter beseitigen. Im Grunde genommen kann man, wenn man einen Filter sehr nahe an der Störquelle platzieren kann, diese mit nur einem Filter unterdrücken, und eine Abschirmung ist nicht notwendig.

EMI-Filterlösungen von Astrodyne TDI

Seit mehr als 50 Jahren erforscht, entwickelt, verfeinert und liefert Astrodyne TDI elektromagnetische Interferenzfilter für eine breite Palette von Anwendungen in verschiedenen Bereichen, einschließlich des kommerziellen, industriellen, militärischen und medizinischen Sektors. Im Laufe unserer jahrzehntelangen Erfahrung haben wir uns den Ruf eines zuverlässigen Partners erworben, der Unternehmen bei der Entwicklung leistungsfähiger, zuverlässiger Produkte und der Einhaltung einschlägiger Elektronik- und Energiestandards unterstützt.

Abhängig von Ihren Geräteanforderungen und Ihrer Branche benötigen Sie entweder einen kostengünstigen EMI-Filter von der Stange oder einen robusten, leistungsstarken kundenspezifischen Filter für eine Anwendung in der Medizin, der Luft- und Raumfahrt, dem Militär oder einem anderen Markt.

Als Astrodyne TDI bieten wir eine große Auswahl an hochwertigen EMI-Filtern. Wir verfügen auch über das nötige Fachwissen in den Bereichen Technik und Design, um Ihnen eine kundenspezifische EMI-Lösung zu bieten, die den Anforderungen Ihrer Geräte sowie den Industrienormen und -vorschriften entspricht.

Unsere EMI-Filterlösungen reichen von kleinen, einphasigen Komponenten bis hin zu dreiphasigen Filtern in Industriequalität. Wir bieten Gleichstrom-EMI-Filter, Durchführungsfilter, IEC-Eingangsfilter, Wechselrichter-EMI-Filter, Entstörkomponenten, Oberwellenfilter und vieles mehr.

Wir haben auch einen großen Bestand an Netzteilen für eine Reihe von Anwendungen. Unsere Stromversorgungen reichen von 5W bis 16,5kW und werden als Grundlage für größere Systeme bis zu 500kW verwendet. Der Großteil unseres Standardbestands verfügt über internationale Zulassungen von Organisationen wie Underwriters Laboratories (UL), Conformité Européenne (CE) und Canadian Standards Association (CSA).

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