EMI Afscherming vs Filtering | Astrodyne TDI

Naarmate onze wereld digitaler wordt en elektronische apparaten een steeds centralere rol in ons leven gaan spelen, wordt elektromagnetische interferentie, of EMI, een steeds belangrijker probleem. Iedereen die elektronische apparaten of componenten ontwerpt en vervaardigt, moet zich bezighouden met het beheersen van EMI.

Afscherming en filtering zijn twee primaire methoden om dit te bereiken.

Wanneer elektronische apparaten elektromagnetische golven ontvangen, kunnen deze elektrische stromen in het circuit veroorzaken, waardoor interferentie optreedt en de bedoelde werking van het apparaat wordt verstoord. Als de energie bijzonder krachtig is, kan het elektronische apparaat beschadigd raken. Zelfs als het toegepaste vermogen relatief klein is, kan het, als het zich vermengt met radiogolven die worden gebruikt voor communicatie, leiden tot verlies van ontvangst, verstoorde video en abnormale ruis op plaatsen waar de radiogolven zwak zijn.

Een kwalitatief goed elektrisch aardingssysteem kan helpen EMI-problemen te minimaliseren.

Afschermingen, filters, condensatoren en inductoren kunnen ook de gevoeligheid van een systeem voor interferentie verminderen. Bij het ontwerpen van elektronische apparaten kan het toevoegen van filters en schilden helpen EMI onder controle te houden. Beide soorten componenten zorgen voor ruisonderdrukking en kunnen worden gebruikt zonder significante omvang of kosten aan een apparaat toe te voegen.

Wat is echter het verschil tussen deze twee methoden van ruisonderdrukking, en wanneer moet u ze gebruiken?

Wat is EMI?

EMI is de verstoring van de werking van een elektronisch product als gevolg van een elektromagnetisch veld. EMI wordt ook wel radiofrequentie-interferentie (RFI) genoemd wanneer het veld zich in het radiofrequentiespectrum op het elektromagnetische frequentiespectrum bevindt. De elektromagnetische golven die resulteren in interferentie worden elektromagnetische ruis genoemd.

Een andere term die verwant is aan EMI is EMC, wat staat voor elektromagnetische compatibiliteit. Deze term verwijst naar hoe goed een apparaat functioneert in een omgeving met elektromagnetische ruis.

De tolerantie van een product voor ruis, evenals de hoeveelheid die het produceert, spelen beide een rol bij zijn EMC.

Om te kunnen functioneren en andere apparaten te laten werken, moet elk product in staat zijn om te werken, zelfs wanneer het wordt blootgesteld aan een bepaald niveau van ruis, en mag het geen EMI produceren op niveaus die de werking van de apparaten belemmeren. In de Verenigde Staten reguleert de Federal Communications Commission, of FCC, EMI. Het International Special Committee for Radio Interference regelt het internationaal in sommige sectoren.

Vele andere industrienormen stellen ook eisen met betrekking tot EMC.

De circuits in personal computers creëren EM-velden in het RF-bereik. Beeldschermen met kathodestraalbuizen produceren ook EM-energie over een reeks frequenties.

Als u tegelijkertijd een draadloze ontvanger en een personal computer gebruikt, zult u waarschijnlijk RF-ruis in de ontvanger horen. Draadloze zenders produceren ook EM-velden, en zenders met een gemiddeld en hoog vermogen kunnen velden creëren die sterk genoeg zijn om elektronische apparatuur die in de buurt werkt, te verstoren. Als u bijvoorbeeld een radio- of televisiezender gebruikt in de buurt van een zendstation, kunt u EMI ervaren.

Sterke RF-velden kunnen ervoor zorgen dat telefoons, computers en zelfs sommige medische apparaten niet meer goed werken. Natuurlijke gebeurtenissen zoals elektrische stormen, zonnevlammen en statische elektriciteit kunnen ook EMI veroorzaken. Daarom zijn EMI-afscherming en EMI-filtering zo belangrijk.

Hoe werkt EMI-afscherming?

Wat is EMI-RFI-afscherming?

EMI-RFI-afscherming verwijst naar het omringen van een object met een metalen plaat of een andere vorm van bescherming om elektromagnetische velden te blokkeren. EMI-afschermingen zijn ontworpen om te voorkomen dat uitgestraalde emissies een bepaald punt passeren. EMI-afschermingsoplossingen kunnen een apparaat zowel beschermen tegen straling van buitenaf als voorkomen dat dat apparaat straling uitzendt die interferentie met andere apparaten kan veroorzaken.

Wat gebeurt er dus wanneer een EM-golf een EMI-afscherming raakt?

Laten we eens kijken naar enkele basisprincipes van EMI-afscherming.

Het geleidende oppervlak van de afscherming reflecteert het grootste deel van de energie van de EM-golf in verschillende richtingen. Hoe de golf precies wordt weerkaatst, hangt af van de eigenschappen van het materiaal van de afscherming en de fase van de golf wanneer deze de afscherming raakt. De EMI afscherming absorbeert ook een deel van de energie van de EM-golf, die wordt omgezet in warmte-energie.

Afhankelijk van de betrokken vermogensniveaus, kan deze warmte-energie thermisch beheer noodzakelijk maken.

Sommige EMI afschermingsmaterialen zijn gemaakt om te dienen als warmteafleiders. In elektronische schakelingen met een hoger vermogen, vooral wanneer afschermingsmechanismen worden gebruikt die meer energie absorberen, kan het nodig zijn openingen in de metalen platen van de afscherming aan te brengen om warmte af te geven. De grootte van deze gaten moet geen verband houden met de golflengten van de golven die worden ingesloten, omdat dit de EMI-afschermingseffectiviteit kan minimaliseren.

Om afschermingsmaterialen goed te laten werken, hebben ze ook goede aardverbindingen nodig.

Hoe kies je welke EMI-RFI-afschermingsmaterialen je moet gebruiken?

Er zijn verschillende vitale parameters, waaronder dikte, gewicht, materiaalgeleidingsvermogen en tooling kosten.

Dikkere schilden hebben de neiging om betere resultaten te leveren, maar dit komt met het nadeel van het toevoegen van gewicht aan het ontwerp. De meeste leveranciers van afschermende materialen verstrekken maatregelen van doeltreffendheid bij verschillende frequenties met het bruikbare frequentiegamma van de materialen. Deze metingen helpen bij het vergelijken van het gewicht en de dichtheid van een afschermingsmateriaal met de hoeveelheid afscherming die het biedt.

Andere minder gebruikelijke, maar nog steeds potentieel nuttige, parameters omvatten volumeweerstandsvermogen, bedrijfstemperatuurbereik en compressiekracht als het materiaal als pakking wordt gebruikt.

Voorbeelden van materialen die algemeen voor EMI beveiliging worden gebruikt omvatten:

• Copper
• Aluminum
• Stainless steel

Meer onlangs, zijn de fabrikanten ook begonnen samengestelde materialen, zoals mazen en weefsels te gebruiken. Deze oplossingen combineren vaak een metaal met een polyestermateriaal. Enkele voordelen van deze nieuwere materialen zijn hun lichte gewicht en flexibiliteit. Ondanks hun lage gewicht, werken zij nog.

EMI afschermingstoepassingen waarin deze materialen worden gebruikt omvatten het afschermen rond gedrukte schakelingen in een materiaalbijlage en het verstrekken van secundaire beveiliging in gezondheidszorgmontages.

Aangepaste EMI-afschermingsoplossingen, evenals off-the-shelf afschermingsproducten, zijn beschikbaar.

Hoe werkt EMI-filtering?

EMI-RFI filters kunnen ongewenste componenten verwijderen en de noodzakelijke componenten doorlaten in de elektrische stroom die in geleiders stroomt. Ruis wordt omgeleid naar de grond, geabsorbeerd of teruggestuurd naar zijn oorsprong.

Een EMI-filter heeft twee soorten componenten – condensatoren en inductoren – die samenwerken om EMI te verminderen:

• Capacitoren: Condensatoren remmen gelijkstroom, waardoor een aanzienlijke hoeveelheid elektromagnetische interferentie in een apparaat terechtkomt, maar laten de wisselstroom door.
• Inductoren: Inductoren zijn kleine elektromagneten die energie kunnen vasthouden in een magnetisch veld terwijl de elektrische stroom er doorheen gaat, waardoor de totale spanning afneemt.

De condensatoren die in EMI-filters worden aangetroffen, worden aangeduid als rangeercondensatoren.

Zij leiden hoogfrequente stroom die interferentie zou veroorzaken weg van een circuit en voeren deze naar inductoren die in een reeks zijn gerangschikt. Als de stroom door deze reeks van spoelen beweegt, wordt zijn voltage verminderd. In het ideale geval zullen de spoelen de interferentie tot nul reduceren, wat ook wel kortsluiting naar aarde wordt genoemd.

De rol van filters verschilt in verschillende opzichten van die van schilden.

Laten we enkele basisprincipes van EMI-filtering onderzoeken.

EMI-afschermingen bieden afscherming voor hele ontwerpen of circuits.

EMI-onderdrukkingsfilters, aan de andere kant, richten zich op specifieke ruisbronnen. De schilden bevatten EM-straling binnen een gebied en verhinderen ook EM-straling om dat gebied binnen te gaan. Filters controleren EM-energie die door geleiders reist. Ze worden op specifieke punten in een circuit geplaatst om de stroom bij verschillende frequenties te regelen.

Terwijl afschermingen zijn ontworpen om uitgestraalde EMI-emissies te beheersen, zijn filters bedoeld om geleide ruis te beheersen.

Het juiste filter om te gebruiken hangt af van de mechanische configuratie van het systeem en de frequentie van de ruis in het systeem in relatie tot de doelfrequentie van de signalen die worden verzonden. U moet een filter kiezen met een condensator die de signalen die u wilt doorlaten niet zal afsnijden, maar signalen zal blokkeren binnen het frequentiebereik van de ruis die u probeert aan te pakken.

Er zijn verschillende soorten EMI-filters die u kunt gebruiken.

Het juiste type hangt af van de frequenties die u wilt blokkeren, de spanning waarmee u werkt en andere factoren. Meestal geven filterfabrikanten gedetailleerde informatie over de afsnijfrequentie van de filters die ze aanbieden.

Twee cruciale soorten EMI-filters zijn eenfasige en driefasige filters:

• Eenfasige filters: Deze filters zijn het beste voor kleinere apparatuur, zoals consumentenelektronica, huishoudelijke apparaten, fitnessapparatuur en sommige industriële toepassingen, zoals voedingen, telecommunicatie-apparatuur en food service equipment.
• Driefasige filters: Deze filters kunnen hogere niveaus van ruis blokkeren dan enkelfasige filters en zijn nuttig voor strengere EMI-onderdrukking. Dit soort filters zijn nodig voor high-power toepassingen, zoals medische apparatuur, testapparatuur en diverse soorten industriële machines, zoals gereedschappen en motoren.

Andere classificaties van EMI-filters omvatten:

• IEC inlaatfilters, die worden gebruikt voor power entry toepassingen.
• DC filters, die hoogfrequente stromen blokkeren, maar DC en laagfrequente stromen doorlaten.
• Inverter EMI filters, die worden gebruikt in toepassingen waarbij frequentieregelaars of op inverters gebaseerde regelsystemen betrokken zijn.
• Feed-through filters, die worden gebruikt voor toepassingen zoals behuizingen, basisstations, mobiele schuilplaatsen en schakelapparatuur en bieden een hoge insertion loss van KHz tot GHz frequenties.

Vele filters worden ontworpen voor gebruik in een specifieke sector of toepassing, en zowel standaard en op maat gemaakte filters zijn beschikbaar.

Het is ook belangrijk op te merken dat, net als bij schilden, filters afhankelijk zijn van een goede aarding om correct te werken.

Wanneer moet u een EMI-filter versus een afscherming gebruiken?

Filters en schilden zijn beide waardevolle hulpmiddelen voor het verminderen van EMI. In sommige gevallen, kan het beter zijn om zich meer op één dan op andere te concentreren.

Vaak, is het gebruiken van allebei de meest efficiënte oplossing.

Soms, met EMI afschermingsmethodes, kunnen de gaten en de hiaten in de afscherming zijn doeltreffendheid verminderen. Deze openingen, echter, zijn noodzakelijk voor hittevermindering. Dit is een voorbeeld van wanneer EMI-filters naast een afscherming moeten worden gebruikt.

Afscherming is nuttig voor een reeks van EMI-problemen en kan EMI adequaat reflecteren.

Filters kunnen EMI echter elimineren. Filters kunnen veel van de problemen aanpakken die verband houden met penetraties door schilden, evenals de ingangen en de uitgangen van een elektrisch systeem, die gewoonlijk de meest kwetsbare punten van een afgeschermd systeem zijn. Filters zijn het meest effectief op deze locaties.

Het gebruik van EMI-filtertechnieken, evenals transiënte onderdrukking, bij een afgeschermde behuizingsinterface is een zeer efficiënte manier om te beschermen tegen compatibiliteitsproblemen.

Plaatsen van filters en gefilterde connectoren bij de ingangs- en uitgangsinterfaces van een systeem kan helpen bij het elimineren van EM-ruis van zowel interne als externe bronnen bij de connectorinterface. Deze plaatsing stuurt de ongewenste energie in de geaarde afgeschermde behuizing, waardoor dit een optimale locatie is voor het elimineren van ruis met een hogere frequentie en het beperken van EMI-gerelateerde problemen.

Filters beschermen tegen ruis die door geleiders wordt geleid, terwijl schilden ruis verminderen die door de ruimte wordt geleid. Een geleider waar ruis doorheen geleid wordt, kan echter ook als antenne werken. Wanneer de geleider als antenne werkt, worden de twee soorten geleiding door de antenne in elkaar getransformeerd.

Daarom is het – om ruis volledig buiten te sluiten – essentieel om zowel afschermingen als filters op één plaats te gebruiken.

Bijv. als een afscherming wordt gebruikt om ruimtelijke geleiding te blokkeren en een geleider dringt door de afscherming heen, dan zal deze geleider ruis oppikken en naar binnen en naar buiten de afscherming trekken, met ruisemissie tot gevolg. Om deze reden kan men ruimtelijke geleiding niet uitsluiten met een afscherming alleen.

Ook wanneer men een filter gebruikt om geleiding door een geleider tegen te gaan, kunnen de voor en na het filter geplaatste draden door ruimtelijke geleiding met elkaar worden gekoppeld. Hierdoor kan het filter de geleiding op zichzelf niet volledig buitensluiten.

Als u echter zowel een EMI-afschermingsmechanisme als een filter op één plaats gebruikt, kunt u zowel ruimtelijke geleiding als geleiding volledig buitensluiten, waardoor ruis wordt geëlimineerd.

Als de geleider die zich tussen de ruisbron en het filter bevindt kort is, zal deze geen significant effect hebben als geleider. U kunt dan de kwestie van de geleider die als antenne werkt negeren en effectief ruis elimineren door alleen een filter te gebruiken. In wezen, als u een filter beduidend dicht bij de lawaaibron kunt plaatsen, kunt u het met slechts een filter onderdrukken, en het gebruiken van een schild is niet noodzakelijk.

EMI Filteroplossingen van Astrodyne TDI

Al meer dan 50 jaar onderzoekt, ontwikkelt, verfijnt en verstrekt Astrodyne TDI elektromagnetische interferentiefilters voor een brede waaier van toepassingen in diverse sectoren, met inbegrip van de commerciële, industriële, militaire en medische sectoren. In de loop van onze decennialange ervaring hebben we een reputatie opgebouwd als een vertrouwde partner die bedrijven helpt krachtige, betrouwbare producten te maken en te voldoen aan relevante elektronische en energienormen.

Afhankelijk van uw apparatuurbehoeften en uw industrie, hebt u mogelijk een kosteneffectief, off-the-shelf EMI-filter nodig of een robuust, krachtig maatfilter voor een toepassing in de medische, lucht- en ruimtevaart of militaire sector of een andere markt.

Bij Astrodyne TDI bieden we een grote verscheidenheid aan hoogwaardige EMI-filters. We hebben ook de in-house engineering en design expertise die nodig is om u te voorzien van een aangepaste EMI-oplossing die voldoet aan de eisen van uw apparatuur, evenals industriële normen en voorschriften.

Onze EMI-filter oplossingen omvatten alles, van kleine, enkelfasige componenten tot industriële-grade driefasige filters. Wij bieden DC EMI filters, feed-through filters, IEC inlaatfilters, omvormer EMI filters, onderdrukking componenten, harmonische filters en nog veel meer.

We hebben ook een grote inventaris van voedingen voor een reeks van toepassingen. Onze voedingen variëren van 5W tot 16.5kW en worden gebruikt als de basis van grotere systemen tot 500kW. De meerderheid van onze standaard inventaris heeft internationale agentschap goedkeuringen van organisaties zoals Underwriters Laboratories (UL), Conformité Européenne (CE) en Canadian Standards Association (CSA).

Om meer te weten te komen over onze standaard en aangepaste EMI-filters, neem contact met ons op of vraag vandaag nog een offerte aan.

Wij kunnen uw apparatuur en uw merk helpen een reputatie op te bouwen op het gebied van kracht en betrouwbaarheid. Met Astrodyne TDI, hebt u nu power.