EMI árnyékolás vs. szűrés | Astrodyne TDI

Ahogy világunk egyre digitálisabbá válik, és az elektronikus eszközök egyre központibb szerepet játszanak az életünkben, az elektromágneses interferencia vagy EMI egyre fontosabb kérdéssé válik. Mindenkinek, aki elektronikus eszközöket vagy alkatrészeket tervez és gyárt, foglalkoznia kell az EMI kezelésével.

Az árnyékolás és a szűrés két elsődleges módszer ennek elérésére.

Amikor az elektronikus eszközök elektromágneses hullámokat kapnak, azok elektromos áramot indukálhatnak az áramkörben, ami interferenciát okoz, és megzavarhatja az eszköz rendeltetésszerű működését. Ha az energia különösen erős, az elektronikus eszköz károsodhat. Még ha az alkalmazott energia viszonylag kicsi is, ha keveredik a kommunikációra használt rádióhullámokkal, akkor a rádióhullámok gyenge helyein vételkiesést, megzavart videót és rendellenes zajt okozhat.

A minőségi elektromos földelési rendszer segíthet az EMI-problémák minimalizálásában.

A pajzsok, szűrők, kondenzátorok és induktorok szintén csökkenthetik a rendszer interferenciaérzékenységét. Az elektronikus eszközök tervezésekor a szűrők és árnyékolások hozzáadása segíthet az EMI ellenőrzésében. Mindkét típusú alkatrész zajcsökkentést biztosít, és anélkül használható, hogy jelentős méret- vagy költségnövekedést okozna az eszköznek.

Mi a különbség azonban e két zajcsökkentési módszer között, és mikor érdemes használni őket? Olvasson tovább, hogy megtudja.

Mi az EMI?

Az EMI az elektronikus termék működésének elektromágneses mező okozta zavara. Az EMI-t rádiófrekvenciás interferenciának (RFI) is nevezik, ha a mező az elektromágneses frekvenciaspektrum rádiófrekvenciás tartományában van. Az interferenciát okozó elektromágneses hullámokat elektromágneses zajnak nevezik.

Az EMI-hez kapcsolódó másik kifejezés az EMC, amely az elektromágneses kompatibilitás rövidítése. Ez a kifejezés arra utal, hogy egy eszköz mennyire jól működik elektromágneses zajjal terhelt környezetben.

A termék zajtűrése, valamint az, hogy mennyit termel, mindkettő tényező az EMC szempontjából.

A működés és más eszközök működésének lehetővé tétele érdekében minden terméknek képesnek kell lennie arra, hogy bizonyos szintű zajnak kitéve is működjön, és nem termelhet olyan szintű EMI-t, amely akadályozza az eszközök működését. Az Egyesült Államokban a Szövetségi Hírközlési Bizottság (Federal Communications Commission, FCC) szabályozza az EMI-t. A Rádiózavarok Nemzetközi Különbizottsága egyes ágazatokban nemzetközi szinten szabályozza.

Más iparági szabványok is meghatározzák az EMC-vel kapcsolatos követelményeket.

A személyi számítógépekben lévő áramkörök elektromágneses tereket hoznak létre az RF-tartományban. A katódsugárcsöves kijelzők is termelnek EM-energiát egy bizonyos frekvenciatartományban.

Ha egy személyi számítógéppel egyidejűleg használ vezeték nélküli vevőt, akkor valószínűleg RF-zajt fog hallani a vevőkészülékben. A vezeték nélküli adók is termelnek EM-mezőket, és a közepes és nagy teljesítményű adók elég erős mezőket hozhatnak létre ahhoz, hogy megzavarják a területen működő elektronikus berendezéseket. Ha például rádió- vagy televízióadót használ egy műsorszóró állomás közelében, EMI-t tapasztalhat.

Az erős RF-mezők miatt a telefonok, számítógépek, sőt egyes orvosi eszközök is leállhatnak. Természeti események, például elektromos viharok, napkitörések és statikus elektromosság szintén okozhatnak EMI-t. Ezért olyan fontos az EMI árnyékolás és az EMI szűrés.

Hogyan működik az EMI árnyékolás?

Mi az EMI-RFI árnyékolás?

Az EMI-RFI árnyékolás egy tárgy fémlemezzel vagy más védelemmel való körülvétele az elektromágneses mezők blokkolására. Az EMI-árnyékolásokat úgy tervezték, hogy megakadályozzák, hogy a sugárzott sugárzás egy bizonyos ponton túlra jusson. Az EMI árnyékolási megoldások egyrészt megvédhetik az eszközt a külső sugárzástól, másrészt megakadályozhatják, hogy az adott eszköz olyan sugárzást bocsásson ki, amely interferenciát okozhat más eszközökben.

Mi történik tehát, amikor egy EM hullám egy EMI árnyékolót ér?

Vessünk egy pillantást néhány alapvető EMI árnyékolási alapelvre.

A pajzs vezető felülete az EM hullám energiájának nagy részét különböző irányokba veri vissza. Az, hogy a hullám pontosan hogyan verődik vissza, az árnyékoló anyagának tulajdonságaitól és a hullám fázisától függ, amikor az árnyékolót éri. Az EMI-pajzs elnyeli az EM-hullám energiájának egy részét is, amely hőenergiává alakul.

Az érintett teljesítményszintektől függően ez a hőenergia hőkezelést tehet szükségessé.

Egyes EMI-árnyékoló anyagok hőelnyelőként is funkcionálnak. Nagyobb teljesítményű elektronikus áramkörökben, különösen, ha több energiát elnyelő árnyékoló mechanizmusokat használnak, szükség lehet arra, hogy az árnyékoló fémlemezeken nyílások legyenek a hő leadásához. Ezeknek a nyílásoknak a mérete nem lehet összefüggésben a visszatartott hullámok hullámhosszával, mivel ez minimalizálhatja az EMI árnyékolás hatékonyságát.

Az árnyékoló anyagok jó működéséhez jó földelésre is szükség van.

Hogyan válassza ki, hogy milyen EMI-RFI árnyékoló anyagokat használjon?

Számos lényeges paraméter van, többek között a vastagság, a súly, az anyag vezetőképessége és a szerszámköltségek.

A vastagabb árnyékolások általában jobb eredményt nyújtanak, de ez azzal a kompromisszummal jár, hogy a tervezés súlyát növelik. A legtöbb árnyékolóanyag-szállító a különböző frekvenciákon mért hatékonyságot az anyagok felhasználható frekvenciatartományaival együtt adja meg. Ezek a mérések segítenek az árnyékoló anyag súlyának és sűrűségének összehasonlításában az általa nyújtott árnyékolás mértékével.

Más, kevésbé gyakori, de még mindig potenciálisan hasznos paraméterek közé tartozik a térfogati ellenállás, az üzemi hőmérséklettartomány és a tömörítési erő, ha az anyagot tömítésként használják.

Az EMI árnyékoláshoz általánosan használt anyagok példái:

• Réz
• Alumínium
• Ecélacél

A közelmúltban a gyártók elkezdtek kompozit anyagokat, például hálót és szövetet is használni. Ezek a megoldások gyakran ötvöznek egy fémet egy poliészter anyaggal. Ezeknek az újabb anyagoknak néhány előnye a könnyű súly és a rugalmasság. Kis súlyuk ellenére mégis működnek.

Az EMI árnyékolási alkalmazások, amelyekben ezeket az anyagokat használják, magukban foglalják a berendezések burkolatában lévő nyomtatott áramköri lapok körüli árnyékolást és a másodlagos árnyékolás biztosítását az egészségügyi környezetben.

Egyedi EMI árnyékoló megoldások, valamint kész árnyékoló termékek is kaphatók.

Hogyan működik az EMI-szűrés?

Az EMI-RFI szűrők képesek eltávolítani a nem kívánt komponenseket, és átengedni a szükségeseket a vezetőkben áramló elektromos áramban. A zaj a földre terelődik, elnyelődik vagy visszakerül az eredetéhez.

Az EMI-szűrő kétféle alkatrészből – kondenzátorokból és induktorokból – áll, amelyek együttesen csökkentik az EMI-t:

• Kondenzátorok: A kondenzátorok gátolják az egyenáramot, amellyel az elektromágneses zavarok jelentős része bejut az eszközbe, de átengedik a váltakozó áramot.
• Induktorok: Az induktorok olyan kis elektromágnesek, amelyek mágneses mezőben képesek energiát tartani, miközben az elektromos áram áthalad rajtuk, csökkentve a teljes feszültséget.

Az EMI-szűrőkben található kondenzátorokat söntkondenzátoroknak nevezik.

Az interferenciát okozó nagyfrekvenciás áramot átirányítják az áramkörből, és sorba rendezett induktorokba táplálják. Ahogy az áram áthalad ezen a soros induktivitáson, a feszültsége csökken. Ideális esetben az induktorok nullára csökkentik az interferenciát, amit földzárásnak is neveznek.

A szűrők szerepe több szempontból is különbözik az árnyékolásokétól.

Vizsgáljunk meg néhány alapvető EMI-szűrési alapelvet.

Az EMI-árnyékolások teljes tervek vagy áramkörök árnyékolását biztosítják.

Az EMI-szűrők ezzel szemben konkrét zajforrásokat céloznak meg. Az árnyékolók az EM-sugárzást egy területen belül visszatartják, és megakadályozzák az EM-sugárzás bejutását az adott területre. A szűrők a vezetőkön áthaladó EM-energiát szabályozzák. Az áramkör meghatározott pontjain helyezik el őket, hogy szabályozzák az áramáramlást különböző frekvenciákon.

Míg az árnyékolásokat a sugárzott EMI-kibocsátás szabályozására tervezték, a szűrők célja a vezetett zaj szabályozása.

A megfelelő szűrő használata a rendszer mechanikai konfigurációjától és a rendszerben lévő zaj frekvenciájától függ, mivel az a küldött jelek célfrekvenciájához viszonyul. Olyan kondenzátorral ellátott szűrőt kell választania, amely nem vágja el az áthaladni kívánt jeleket, de blokkolja a jeleket a kezelni kívánt zaj frekvenciatartományán belül.

Az EMI-szűrőknek különböző típusai vannak.

A megfelelő típus a blokkolni kívánt frekvenciáktól, az alkalmazott feszültségtől és egyéb tényezőktől függ. A szűrőgyártók általában részletes tájékoztatást adnak az általuk kínált szűrők határfrekvenciájáról.

Az EMI-szűrők két alapvető típusa az egyfázisú és a háromfázisú szűrők:

• Egyfázisú szűrők:
• Háromfázisú szűrők: Ezek a szűrők a legjobbak kisebb berendezésekhez, például szórakoztató elektronikai eszközökhöz, háztartási készülékekhez, fitneszeszközökhöz és néhány ipari alkalmazáshoz, például tápegységekhez, távközlési berendezésekhez és élelmiszeripari berendezésekhez.
• Háromfázisú szűrők: Ezek a szűrők nagyobb zajszintet képesek blokkolni, mint az egyfázisú szűrők, és hasznosak szigorúbb EMI-elnyomás esetén. Az ilyen típusú szűrőkre nagy teljesítményű alkalmazásokhoz van szükség, például orvosi berendezésekhez, vizsgálóberendezésekhez és különböző típusú ipari gépekhez, például szerszámokhoz és motorokhoz.

Az EMI-szűrők további osztályozásai közé tartoznak:

• IEC bemeneti szűrők, amelyeket hálózati bemeneti alkalmazásokhoz használnak.
• DC szűrők, amelyek blokkolják a nagyfrekvenciás áramokat, de átengedik az egyenáramot és a kisfrekvenciás áramokat.
• Inverter EMI szűrők, amelyeket olyan alkalmazásokban használnak, amelyek frekvenciaváltókat vagy inverter alapú vezérlőrendszereket tartalmaznak.
• Áttápláló szűrők, amelyeket olyan alkalmazásokban használnak, mint a burkolatok, bázisállomások, mobil menedékek és kapcsolóberendezések, és amelyek nagy beiktatási veszteséget biztosítanak a KHz-től a GHz-es frekvenciákig.

Sok szűrőt egy adott ágazatban vagy alkalmazásban való felhasználásra terveznek, és mind szabványos, mind egyedi szűrők rendelkezésre állnak.

Az is fontos megjegyezni, hogy az árnyékolásokhoz hasonlóan a szűrők is a megfelelő földeléstől függenek a helyes működéshez.

Mikor érdemes EMI-szűrőt használni az árnyékolással szemben?

A szűrők és az árnyékolások egyaránt értékes eszközök az EMI csökkentésére. Bizonyos esetekben jobb lehet, ha inkább az egyikre összpontosítunk, mint a másikra.

Gyakran mindkettő használata a leghatékonyabb megoldás.

Néha az EMI árnyékolási módszereknél az árnyékolásban lévő lyukak és rések csökkenthetik annak hatékonyságát. Ezek a nyílások azonban szükségesek a hőcsökkentéshez. Ez egy példa arra, amikor az árnyékolás mellett EMI-szűrőket kell használni.

Az árnyékolás számos EMI-probléma esetén hasznos, és megfelelően visszaveri az EMI-t.

A szűrők azonban megszüntethetik az EMI-t. A szűrők számos, az árnyékolásokon való áthatolással kapcsolatos problémát tudnak kezelni, valamint az elektromos rendszer bemeneteit és kimeneteit, amelyek általában az árnyékolt rendszerek legérzékenyebb pontjai. A szűrők ezeken a helyeken a leghatékonyabbak.

Az EMI-szűrési technikák, valamint a tranziensek elfojtása az árnyékolt burkolat interfészénél rendkívül hatékony módja a kompatibilitási problémák elleni védelemnek.

A rendszer bemeneti és kimeneti interfészeinél elhelyezett szűrők és szűrt csatlakozók segíthetnek a belső és külső forrásokból származó EM zajok kiküszöbölésében a csatlakozó interfészen. Ez az elhelyezés a nem kívánt energiát a földelt árnyékolt burkolatba küldi, így ez a hely optimális a magasabb frekvenciájú zajok kiküszöbölésére és az EMI-vel kapcsolatos problémák mérséklésére.

A szűrők a vezetőkön keresztül vezetett zaj ellen, míg az árnyékolások a téren keresztül vezetett zajt mérséklik. Egy olyan vezető azonban, amelyen keresztül zaj vezet, antennaként is működhet. Amikor a vezető antennaként működik, a kétféle vezetés az antenna miatt átalakul egymásba.

Ezért – a zaj teljes kizárásához – elengedhetetlen, hogy egy helyen mind árnyékolást, mind szűrőt használjunk.

Ha például egy árnyékolást a térbeli vezetés blokkolására használunk, és egy vezető áthatol az árnyékoláson, akkor ez a vezető felveszi a zajt, és magához vonzza azt az árnyékoláson belülre és kívülre, ami zajkibocsátást eredményez. Emiatt a térbeli vezetést önmagában árnyékolással nem lehet kizárni.

Hasonlóképpen, ha szűrőt használunk a vezetéken keresztüli vezetés elleni védelemre, a szűrő előtt és után elhelyezett vezetékek térbeli vezetés révén összekapcsolódhatnak egymással. Emiatt a szűrő önmagában nem tudja teljesen kizárni a vezetést.

Ha azonban egy helyen EMI-árnyékoló mechanizmust és szűrőt is használ, akkor mind a térbeli, mind a vezetői vezetést teljesen kizárhatja, megszüntetve a zajt.

Ha a zajforrás és a szűrő között elhelyezkedő vezető rövid, akkor vezetőként nem lesz jelentős hatása. Ekkor figyelmen kívül hagyhatja az antennaként ható vezető problémáját, és hatékonyan kiküszöbölheti a zajt, ha csak egy szűrőt használ. Lényegében, ha egy szűrőt jelentősen közel tud helyezni a zajforráshoz, akkor azt csak egy szűrővel elnyomhatja, és árnyékolás használata nem szükséges.

EMI-szűrő megoldások az Astrodyne TDI-től

Az Astrodyne TDI több mint 50 éve kutat, fejleszt, finomít és biztosít elektromágneses interferencia szűrőket a legkülönbözőbb alkalmazásokhoz a különböző ágazatokban, beleértve a kereskedelmi, ipari, katonai és orvosi ágazatokat. Több évtizedes tapasztalatunk során olyan megbízható partnerként szereztünk hírnevet, amely segít a vállalatoknak nagy teljesítményű, megbízható termékek létrehozásában és a vonatkozó elektronikai és energetikai szabványoknak való megfelelésben.

A berendezés igényeitől és az iparágtól függően szüksége lehet egy költséghatékony, készen kapható EMI-szűrőre vagy egy robusztus, nagy teljesítményű egyedi szűrőre az orvosi, űrkutatási vagy katonai szektorban vagy más piacon történő alkalmazáshoz.

Az Astrodyne TDI-nél kiváló minőségű EMI-szűrők széles választékát kínáljuk. Rendelkezünk a házon belüli mérnöki és tervezési szakértelemmel is, amely ahhoz szükséges, hogy olyan egyedi EMI-megoldást kínáljunk Önnek, amely megfelel az Ön berendezéseinek követelményeinek, valamint az ipari szabványoknak és előírásoknak.

EMI-szűrő megoldásaink között a kis, egyfázisú alkatrészektől az ipari minőségű háromfázisú szűrőkig minden megtalálható. Kínálunk egyenáramú EMI-szűrőket, áteresztő szűrőket, IEC-bemeneti szűrőket, inverteres EMI-szűrőket, szuppresszív komponenseket, harmonikus szűrőket és még sok mást.

Egy sor alkalmazáshoz szükséges tápegységek nagy készletével is rendelkezünk. Tápegységeink 5W-tól 16,5kW-ig terjednek, és nagyobb rendszerek alapjaként használják őket akár 500kW-ig. Standard készletünk nagy része rendelkezik nemzetközi ügynökségi jóváhagyással olyan szervezetektől, mint az Underwriters Laboratories (UL), a Conformité Européenne (CE) és a Canadian Standards Association (CSA).

Ha többet szeretne megtudni standard és egyedi EMI-szűrőinkről, lépjen kapcsolatba velünk, vagy kérjen ajánlatot még ma.

Segíthetünk berendezéseinek és márkájának a teljesítmény és megbízhatóság hírnevének kiépítésében. Az Astrodyne TDI-vel most már van hatalma.