Blindage EMI vs Filtrage | Astrodyne TDI

A mesure que notre monde devient plus numérique et que les appareils électroniques continuent de jouer un rôle de plus en plus central dans nos vies, les interférences électromagnétiques, ou EMI, deviennent un problème de plus en plus important. Toute personne qui conçoit et fabrique des appareils ou des composants électroniques doit se préoccuper de la gestion des EMI.

Le blindage et le filtrage sont deux méthodes principales pour y parvenir.

Lorsque les appareils électroniques reçoivent des ondes électromagnétiques, celles-ci peuvent provoquer l’induction de courants électriques dans le circuit, ce qui provoque des interférences et perturbe le fonctionnement prévu de l’appareil. Si l’énergie est particulièrement puissante, l’appareil électronique peut être endommagé. Même si la puissance appliquée est relativement faible, si elle se mélange aux ondes radio utilisées pour la communication, elle peut provoquer une perte de réception, une vidéo perturbée et un bruit anormal dans les endroits où les ondes radio sont faibles.

Un système de mise à la terre électrique de qualité peut aider à minimiser les problèmes d’EMI.

Les blindages, les filtres, les condensateurs et les inductances peuvent également réduire la sensibilité d’un système aux interférences. Lors de la conception de dispositifs électroniques, l’ajout de filtres et de blindages peut aider à contrôler les EMI. Les deux types de composants fournissent une suppression du bruit et peuvent être utilisés sans ajouter une taille ou un coût significatif à un dispositif.

Quelle est la différence entre ces deux méthodes de suppression du bruit, cependant, et quand devez-vous les utiliser ? Lisez la suite pour le savoir.

Qu’est-ce que l’EMI ?

L’EMI est la perturbation du fonctionnement d’un produit électronique due à un champ électromagnétique. Les IEM sont également appelées interférences radioélectriques (RFI) lorsque le champ se situe dans le spectre des fréquences radioélectriques sur le spectre des fréquences électromagnétiques. Les ondes électromagnétiques qui entraînent des interférences sont appelées bruit électromagnétique.

Un autre terme lié aux EMI est CEM, qui signifie compatibilité électromagnétique. Ce terme fait référence à la façon dont un dispositif fonctionne dans un environnement avec du bruit électromagnétique.

La tolérance d’un produit au bruit, ainsi que la quantité qu’il produit, sont toutes deux des facteurs de sa CEM.

Pour fonctionner et permettre à d’autres dispositifs de fonctionner, chaque produit doit pouvoir fonctionner même lorsqu’il est exposé à un certain niveau de bruit et ne doit pas produire d’IEM à des niveaux qui entravent le fonctionnement des dispositifs. Aux États-Unis, la Federal Communications Commission, ou FCC, réglemente les IEM. Le Comité international spécial des perturbations radioélectriques la réglemente au niveau international dans certains secteurs.

De nombreuses autres normes industrielles fixent également des exigences liées à la CEM.

Les circuits des ordinateurs personnels créent des champs EM dans la gamme RF. Les écrans à tube cathodique produisent également de l’énergie EM sur une gamme de fréquences.

Si vous utilisez un récepteur sans fil en même temps qu’un ordinateur personnel, vous entendrez probablement du bruit RF dans le récepteur. Les émetteurs sans fil produisent également des champs EM, et ceux de puissance modérée et élevée peuvent créer des champs suffisamment puissants pour perturber les équipements électroniques fonctionnant dans la zone. Si vous utilisez un émetteur de radio ou de télévision à proximité d’une station de radiodiffusion, par exemple, vous pouvez ressentir des IEM.

Les champs RF puissants peuvent empêcher les téléphones, les ordinateurs et même certains appareils médicaux de fonctionner correctement. Les événements naturels tels que les tempêtes électriques, les éruptions solaires et l’électricité statique peuvent également provoquer des EMI. C’est pourquoi le blindage EMI et le filtrage EMI sont si importants.

Comment fonctionne le blindage EMI?

Qu’est-ce que le blindage EMI-RFI?

Le blindage EMI-RFI consiste à entourer un objet d’une plaque métallique ou d’une autre forme de protection pour bloquer les champs électromagnétiques. Les blindages EMI sont conçus pour empêcher les émissions rayonnées de dépasser un certain point. Les solutions de blindage EMI peuvent à la fois protéger un appareil des rayonnements externes et empêcher cet appareil d’émettre des rayonnements qui pourraient causer des interférences avec d’autres appareils.

Alors, que se passe-t-il lorsqu’une onde EM frappe un blindage EMI ?

Regardons quelques principes de base du blindage EMI.

La surface conductrice du blindage reflète la majeure partie de l’énergie de l’onde EM dans diverses directions. La façon exacte dont l’onde est réfléchie dépend des qualités du matériau du blindage et de la phase de l’onde lorsqu’elle frappe le blindage. Le blindage EMI absorbera également une partie de l’énergie de l’onde EM, qui sera convertie en énergie thermique.

Selon les niveaux de puissance impliqués, cette énergie thermique peut nécessiter une gestion thermique.

Certains matériaux de blindage EMI sont faits pour se doubler de dissipateurs thermiques. Dans les circuits électroniques de plus forte puissance, en particulier lorsque des mécanismes de blindage qui absorbent plus d’énergie sont utilisés, vous pouvez avoir besoin d’avoir des ouvertures dans les feuilles métalliques du blindage pour libérer la chaleur. La taille de ces trous ne doit pas être liée aux longueurs d’onde des ondes contenues, car cela peut minimiser l’efficacité du blindage EMI.

Pour que les matériaux de blindage fonctionnent bien, ils ont également besoin de bonnes connexions à la terre.

Comment choisir les matériaux de blindage EMI-RFI à utiliser ?

Il existe plusieurs paramètres vitaux, notamment l’épaisseur, le poids, la conductivité du matériau et les coûts d’outillage.

Les blindages plus épais ont tendance à fournir de meilleurs résultats, mais cela s’accompagne d’un poids supplémentaire pour la conception. La plupart des fournisseurs de matériaux de blindage fournissent des mesures d’efficacité à différentes fréquences avec les gammes de fréquences utilisables des matériaux. Ces mesures aident à comparer le poids et la densité d’un matériau de blindage à la quantité de blindage qu’il fournit.

D’autres paramètres moins courants, mais toujours potentiellement utiles, comprennent la résistivité volumique, la plage de température de fonctionnement et la force de compression si le matériau est utilisé comme joint.

Les exemples de matériaux couramment utilisés pour le blindage EMI comprennent :

• Cuivre
• Aluminium
• Acier inoxydable

Plus récemment, les fabricants ont également commencé à utiliser des matériaux composites, tels que des mailles et des tissus. Ces solutions combinent souvent un métal avec un matériau en polyester. Certains avantages de ces matériaux plus récents sont leur poids léger et leur flexibilité. Malgré leur faible poids, ils fonctionnent toujours.

Les applications de blindage contre les IEM dans lesquelles ces matériaux sont utilisés comprennent le blindage autour des cartes de circuits imprimés dans une enceinte d’équipement et la fourniture d’un blindage secondaire dans les établissements de santé.

Des solutions de blindage EMI sur mesure, ainsi que des produits de blindage sur étagère, sont disponibles.

Comment fonctionne le filtrage EMI ?

Les filtres EMI-RFI peuvent éliminer les composants indésirables et laisser passer les composants nécessaires dans le courant électrique circulant dans les conducteurs. Le bruit est détourné vers le sol, absorbé ou renvoyé à son origine.

Un filtre EMI comporte deux types de composants – des condensateurs et des inductances – qui travaillent ensemble pour réduire les EMI :

• Condensateurs : Les condensateurs inhibent le courant continu, qui est la façon dont une quantité substantielle d’interférences électromagnétiques est transportée dans un appareil, mais laissent passer le courant alternatif.
• Inductances : Les inducteurs sont de petits électroaimants qui peuvent retenir l’énergie dans un champ magnétique lorsque le courant électrique le traverse, réduisant ainsi la tension totale.

Les condensateurs que l’on trouve dans les filtres EMI se font appeler des condensateurs de dérivation.

Ils redirigent le courant haute fréquence qui causerait des interférences loin d’un circuit et l’alimentent dans des inducteurs disposés en série. Lorsque le courant passe dans cette série d’inductances, sa tension diminue. Idéalement, les inductances diminueront l’interférence à rien, ce qui est également appelé court-circuit à la masse.

Le rôle des filtres diffère de celui des blindages de plusieurs façons.

Explorons quelques principes de base du filtrage des EMI.

Les blindages EMI fournissent un blindage pour des conceptions ou des circuits entiers.

Les filtres de suppression des EMI, d’autre part, ciblent des sources de bruit spécifiques. Les blindages contiennent le rayonnement EM dans une zone et empêchent également le rayonnement EM de pénétrer dans cette zone. Les filtres contrôlent l’énergie EM qui se déplace dans les conducteurs. Ils sont placés à des points spécifiques d’un circuit pour contrôler le flux de courant à diverses fréquences.

Alors que les blindages sont conçus pour contrôler les émissions EMI rayonnées, les filtres visent à contrôler le bruit conduit.

Le bon filtre à utiliser dépend de la configuration mécanique du système et de la fréquence du bruit dans le système par rapport à la fréquence cible des signaux envoyés. Vous devez choisir un filtre avec un condensateur qui ne coupera pas les signaux que vous voulez faire passer mais qui bloquera les signaux dans la gamme de fréquences du bruit que vous essayez de traiter.

Il existe différents types de filtres EMI que vous pouvez utiliser.

Le bon type dépend des fréquences que vous voulez bloquer, de la tension avec laquelle vous travaillez et d’autres facteurs. Généralement, les fabricants de filtres fournissent des informations détaillées sur la fréquence de coupure des filtres qu’ils proposent.

Deux types cruciaux de filtres EMI comprennent les filtres monophasés et triphasés :

• Filtres monophasés : Ces filtres sont les meilleurs pour les petits équipements tels que les appareils électroniques grand public, les appareils ménagers, les appareils de fitness et certaines applications industrielles, comme les alimentations, les équipements de télécommunications et les équipements de restauration.
• Filtres triphasés : Ces filtres peuvent bloquer des niveaux de bruit plus élevés que les filtres monophasés et sont utiles pour une suppression plus stricte des interférences électromagnétiques. Ces types de filtres sont nécessaires pour les applications à haute puissance, telles que les équipements médicaux, les équipements de test et divers types de machines industrielles, comme les outils et les moteurs.

Les autres classifications de filtres EMI comprennent :

• Les filtres d’entrée IEC, qui s’utilisent pour les applications d’entrée de puissance.
• Les filtres DC, qui bloquent les courants haute fréquence mais laissent passer les courants DC et basse fréquence.
• Les filtres EMI pour onduleurs, qui s’utilisent dans les applications qui impliquent des variateurs de fréquence ou des systèmes de contrôle basés sur des variateurs.
• Filtres de traversée, qui s’utilisent pour des applications telles que les boîtiers, les stations de base, les abris mobiles et les équipements de commutation et qui fournissent une perte d’insertion élevée de KHz à des fréquences de GHz.

De nombreux filtres sont conçus pour être utilisés dans un secteur ou une application spécifique, et des filtres standard et personnalisés sont disponibles.

Il est également important de noter que, comme pour les blindages, les filtres dépendent d’une mise à la terre appropriée pour fonctionner correctement.

Quand utiliser un filtre EMI par rapport à un blindage ?

Les filtres et les blindages sont tous deux des outils précieux pour réduire les EMI. Dans certains cas, il peut être préférable de se concentrer davantage sur l’un que sur l’autre.

Souvent, l’utilisation des deux est la solution la plus efficace.

Parfois, avec les méthodes de blindage EMI, les trous et les lacunes du blindage peuvent réduire son efficacité. Ces ouvertures, cependant, sont nécessaires pour la réduction de la chaleur. C’est un exemple de cas où il faut utiliser des filtres EMI en plus d’un blindage.

Le blindage est utile pour une gamme de problèmes EMI et peut refléter adéquatement les EMI.

Les filtres, cependant, peuvent éliminer les EMI. Les filtres peuvent résoudre de nombreux problèmes liés aux pénétrations à travers les blindages, ainsi que les entrées et les sorties d’un système électrique, qui sont généralement les points les plus vulnérables d’un système blindé. Les filtres sont les plus efficaces à ces endroits.

L’utilisation de techniques de filtrage EMI, ainsi que la suppression des transitoires, à l’interface d’une enceinte blindée est un moyen très efficace de se protéger contre les problèmes de compatibilité.

Le placement de filtres et de connecteurs filtrés aux interfaces d’entrée et de sortie d’un système peut aider à éliminer le bruit EM provenant de sources internes et externes à l’interface du connecteur. Ce placement envoie l’énergie indésirable dans le boîtier blindé mis à la terre, ce qui en fait un emplacement optimal pour éliminer le bruit de fréquence plus élevée et atténuer les problèmes liés aux EMI.

Les filtres protègent contre le bruit conduit par les conducteurs, tandis que les blindages atténuent le bruit conduit par l’espace. Cependant, un conducteur par lequel le bruit est conduit peut également agir comme une antenne. Lorsque le conducteur fonctionne comme une antenne, les deux types de conduction se transforment l’un en l’autre à cause de l’antenne.

C’est pourquoi – pour isoler complètement le bruit – il est essentiel d’utiliser à la fois des écrans et des filtres à un endroit.

Par exemple, si un écran est utilisé pour bloquer la conduction spatiale et qu’un conducteur pénètre à travers l’écran, ce conducteur captera le bruit et l’attirera à l’intérieur et à l’extérieur de l’écran, ce qui entraînera une émission de bruit. Pour cette raison, vous ne pouvez pas bloquer la conduction spatiale avec un blindage seul.

De même, lorsque vous utilisez un filtre pour vous protéger contre la conduction à travers un conducteur, les fils placés avant et après le filtre peuvent être couplés entre eux par conduction spatiale. Pour cette raison, le filtre ne peut pas complètement fermer la conduction à lui seul.

Cependant, si vous utilisez à la fois un mécanisme de blindage EMI et un filtre à un endroit, vous pouvez complètement fermer la conduction spatiale et par conducteur, éliminant ainsi le bruit.

Si le conducteur situé entre la source de bruit et le filtre est court, il n’aura pas d’effet significatif en tant que conducteur. Vous pouvez alors ignorer la question du conducteur agissant comme une antenne et éliminer efficacement le bruit en utilisant seulement un filtre. Essentiellement, si vous pouvez placer un filtre significativement proche de la source de bruit, vous pouvez le supprimer avec seulement un filtre, et l’utilisation d’un blindage n’est pas nécessaire.

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