Ekranowanie EMI vs Filtrowanie | Astrodyne TDI

Jako że nasz świat staje się coraz bardziej cyfrowy, a urządzenia elektroniczne odgrywają coraz bardziej centralną rolę w naszym życiu, zakłócenia elektromagnetyczne, lub EMI, stają się coraz ważniejszym problemem. Każdy, kto projektuje i produkuje urządzenia elektroniczne lub komponenty, musi zajmować się zarządzaniem EMI.

Ekranowanie i filtrowanie to dwie podstawowe metody osiągnięcia tego celu.

Gdy urządzenia elektroniczne odbierają fale elektromagnetyczne, mogą one powodować indukowanie się prądów elektrycznych w obwodzie, powodując zakłócenia i zaburzając zamierzone działanie urządzenia. Jeśli energia jest szczególnie silna, urządzenie elektroniczne może zostać uszkodzone. Nawet jeśli zastosowana moc jest stosunkowo niewielka, jeśli zmiesza się z falami radiowymi używanymi do komunikacji, może spowodować utratę odbioru, zakłócenia obrazu i nienormalny hałas w miejscach, gdzie fale radiowe są słabe.

Wysokiej jakości system uziemienia elektrycznego może pomóc zminimalizować problemy związane z EMI.

Osłony, filtry, kondensatory i cewki mogą również zmniejszyć podatność systemu na zakłócenia. Podczas projektowania urządzeń elektronicznych, dodanie filtrów i ekranów może pomóc w kontroli EMI. Oba rodzaje komponentów zapewniają tłumienie szumów i mogą być stosowane bez zwiększania rozmiaru lub kosztów urządzenia.

Jaka jest jednak różnica między tymi dwoma metodami tłumienia szumów i kiedy należy ich używać? Czytaj dalej, aby się dowiedzieć.

Co to jest EMI?

EMI to zakłócenie działania produktu elektronicznego spowodowane polem elektromagnetycznym. EMI jest również nazywane zakłóceniami o częstotliwości radiowej (RFI), gdy pole znajduje się w zakresie częstotliwości radiowych na spektrum częstotliwości elektromagnetycznych. Fale elektromagnetyczne, które powodują zakłócenia, określa się mianem szumu elektromagnetycznego.

Innym terminem związanym z EMI jest EMC, który oznacza kompatybilność elektromagnetyczną. Termin ten odnosi się do tego, jak dobrze urządzenie funkcjonuje w środowisku, w którym występuje hałas elektromagnetyczny.

Tolerancja produktu na hałas, jak również to, ile go wytwarza, wpływają na jego EMC.

Aby funkcjonować i umożliwić pracę innym urządzeniom, każdy produkt musi być w stanie działać nawet wtedy, gdy jest narażony na pewien poziom hałasu i nie może wytwarzać EMI na poziomie, który utrudnia działanie urządzeń. W Stanach Zjednoczonych EMI reguluje Federalna Komisja Łączności (Federal Communications Commission, FCC). International Special Committee for Radio Interference reguluje je na poziomie międzynarodowym w niektórych sektorach.

Wiele innych norm branżowych również określa wymagania związane z EMC.

Obwody w komputerach osobistych wytwarzają pola EM w zakresie RF. Wyświetlacze kineskopowe również wytwarzają energię EM w zakresie częstotliwości.

Jeśli używasz odbiornika bezprzewodowego w tym samym czasie, co komputer osobisty, prawdopodobnie usłyszysz szum RF w odbiorniku. Nadajniki bezprzewodowe również wytwarzają pola EM, a te o umiarkowanej i dużej mocy mogą tworzyć pola wystarczająco silne, aby zakłócać pracę urządzeń elektronicznych działających w tym obszarze. Jeśli używasz nadajnika radiowego lub telewizyjnego w pobliżu stacji nadawczej, na przykład, możesz doświadczyć EMI.

Silne pola RF mogą powodować, że telefony, komputery, a nawet niektóre urządzenia medyczne przestają działać prawidłowo. Naturalne zjawiska, takie jak burze elektryczne, rozbłyski słoneczne i elektryczność statyczna mogą również powodować zakłócenia EMI. Dlatego ekranowanie EMI i filtrowanie EMI są tak ważne.

Jak działa ekranowanie EMI?

Co to jest ekranowanie EMI-RFI?

Ekranowanie EMI-RFI odnosi się do otaczania obiektu metalową płytką lub inną formą ochrony w celu zablokowania pól elektromagnetycznych. Ekrany EMI są zaprojektowane tak, aby zapobiec emisji promieniowania poza określony punkt. Ekranowanie EMI może zarówno chronić urządzenie przed promieniowaniem zewnętrznym, jak i zapobiegać emitowaniu przez nie promieniowania, które mogłoby powodować zakłócenia w pracy innych urządzeń.

Co się dzieje, gdy fala EM uderza w ekran EMI?

Przyjrzyjrzyjmy się kilku podstawowym zasadom ekranowania EMI.

Przewodząca powierzchnia ekranu odbija większość energii z fali EM w różnych kierunkach. Dokładny sposób odbijania zależy od właściwości materiału, z którego wykonany jest ekran oraz od fazy fali uderzającej w ekran. Ekran EMI pochłania również część energii z fali EM, która zostaje przekształcona w energię cieplną.

W zależności od poziomu mocy, ta energia cieplna może wymagać zarządzania termicznego.

Niektóre materiały ekranujące EMI są wykonane jako podwójne radiatory. W układach elektronicznych o wyższej mocy, zwłaszcza gdy stosowane są mechanizmy ekranujące, które pochłaniają więcej energii, może być konieczne wykonanie otworów w metalowych arkuszach ekranu w celu odprowadzenia ciepła. Rozmiar tych otworów nie powinien być związany z długością fal, ponieważ może to zminimalizować skuteczność ekranowania EMI.

Aby materiały ekranujące dobrze działały, potrzebują również dobrego uziemienia.

Jak wybrać materiały ekranujące EMI-RFI do użycia?

Istnieje kilka istotnych parametrów, w tym grubość, waga, przewodność materiału i koszty oprzyrządowania.

Grubsze ekrany mają tendencję do zapewniania lepszych wyników, ale wiąże się to z kompromisem w postaci zwiększenia wagi konstrukcji. Większość dostawców materiałów ekranujących dostarcza miary skuteczności przy różnych częstotliwościach wraz z zakresami częstotliwości użytkowych materiałów. Pomiary te pomagają w porównaniu wagi i gęstości materiału ekranującego z ilością ekranowania, które zapewnia.

Inne mniej powszechne, ale nadal potencjalnie użyteczne parametry obejmują rezystywność objętościową, zakres temperatury roboczej i siłę nacisku, jeśli materiał jest używany jako uszczelka.

Przykłady materiałów powszechnie stosowanych do ekranowania EMI obejmują:

• Miedź
• Aluminium
• Stal nierdzewna

Ostatnio producenci zaczęli również stosować materiały kompozytowe, takie jak siatki i tkaniny. Rozwiązania te często łączą metal z materiałem poliestrowym. Niektóre zalety tych nowszych materiałów to ich niewielka waga i elastyczność. Pomimo ich niskiej wagi, nadal działają.

Zastosowania ekranowania EMI, w których te materiały są używane, obejmują ekranowanie wokół płytek drukowanych w obudowie sprzętu i zapewnienie wtórnego ekranowania w placówkach służby zdrowia.

Dostępne są zarówno niestandardowe rozwiązania ekranowania EMI, jak i standardowe produkty ekranujące.

Jak działa filtrowanie EMI?

Filtry EMI-RFI mogą usuwać niepożądane komponenty i przepuszczać te niezbędne w prądzie elektrycznym płynącym w przewodnikach. Szumy są kierowane do ziemi, pochłaniane lub wracają do swojego źródła.

Filtr EMI składa się z dwóch rodzajów elementów – kondensatorów i cewek – które współpracują w celu zmniejszenia EMI:

• Kondensatory: Kondensatory hamują prąd stały, który jest sposobem, w jaki znaczna ilość zakłóceń elektromagnetycznych jest przenoszona do urządzenia, ale przepuszczają prąd zmienny.
• Induktory: Cewki indukcyjne to małe elektromagnesy, które mogą utrzymywać energię w polu magnetycznym, gdy przechodzi przez nie prąd elektryczny, zmniejszając całkowite napięcie.

Kondensatory znajdujące się w filtrach EMI określa się mianem kondensatorów bocznikujących.

Przekierowują one prąd o wysokiej częstotliwości, który powodowałby zakłócenia, z dala od obwodu i podają go do cewek indukcyjnych ułożonych w szereg. W miarę jak prąd przemieszcza się przez tą serię induktorów, jego napięcie ulega zmniejszeniu. W idealnej sytuacji cewki zmniejszają zakłócenia do zera, co jest również nazywane zwarciem do masy.

Rola filtrów różni się od roli ekranów na kilka sposobów.

Poznajmy kilka podstawowych zasad filtrowania EMI.

Ekrany zapewniają ekranowanie całych projektów lub obwodów.

Filtry tłumiące EMI, z drugiej strony, są ukierunkowane na określone źródła hałasu. Ekrany zawierają promieniowanie EM w danym obszarze, a także zapobiegają przedostawaniu się promieniowania EM do tego obszaru. Filtry kontrolują energię EM przemieszczającą się przez przewodniki. Są one umieszczane w określonych punktach obwodu, aby kontrolować przepływ prądu o różnych częstotliwościach.

Podczas gdy osłony są zaprojektowane do kontrolowania wypromieniowywanych emisji EMI, filtry mają na celu kontrolowanie szumu przewodzonego.

Właściwy filtr do użycia zależy od konfiguracji mechanicznej systemu i częstotliwości szumu w systemie, jak to się odnosi do częstotliwości docelowej sygnałów wysyłanych. Musisz wybrać filtr z kondensatorem, który nie będzie odcinał sygnałów, które chcesz przepuścić, ale będzie blokował sygnały w zakresie częstotliwości hałasu, który próbujesz rozwiązać.

Istnieją różne rodzaje filtrów EMI, których możesz użyć.

Właściwy typ zależy od częstotliwości, które chcesz zablokować, napięcia, z którym pracujesz i innych czynników. Zazwyczaj producenci filtrów podają szczegółowe informacje na temat częstotliwości odcięcia oferowanych przez nich filtrów.

Dwa kluczowe rodzaje filtrów EMI to filtry jednofazowe i trójfazowe:

• Filtry jednofazowe: Filtry te są najlepsze dla mniejszych urządzeń, takich jak elektronika użytkowa, sprzęt gospodarstwa domowego, sprzęt fitness i niektóre zastosowania przemysłowe, takie jak zasilacze, sprzęt telekomunikacyjny i sprzęt gastronomiczny.
• Filtry trójfazowe: Filtry te mogą blokować wyższe poziomy szumów niż filtry jednofazowe i są przydatne do bardziej rygorystycznego tłumienia EMI. Tego rodzaju filtry są niezbędne w zastosowaniach wymagających dużej mocy, takich jak sprzęt medyczny, aparatura badawcza i różnego rodzaju maszyny przemysłowe, takie jak narzędzia i silniki.

Inne klasyfikacje filtrów EMI obejmują:

• Filtry wlotowe IEC, które są używane w zastosowaniach związanych z wejściem zasilania.
• Filtry DC, które blokują prądy o wysokiej częstotliwości, ale przepuszczają prądy stałe i prądy o niskiej częstotliwości.
• Filtry EMI dla przetwornic, które są używane w zastosowaniach związanych z przetwornicami częstotliwości lub systemami sterowania opartymi na przetwornicach.
• Filtry przepustowe, które są używane w takich zastosowaniach, jak obudowy, stacje bazowe, schrony mobilne oraz sprzęt przełączający i zapewniają wysoką tłumienność w zakresie częstotliwości od KHz do GHz.

Wiele filtrów jest projektowanych do użytku w określonym sektorze lub zastosowaniu i dostępne są zarówno filtry standardowe, jak i niestandardowe.

Należy również zauważyć, że podobnie jak w przypadku ekranów, filtry zależą od prawidłowego uziemienia, aby działać prawidłowo.

Kiedy powinieneś użyć filtra EMI vs. ekranu?

Filtry i ekrany są cennymi narzędziami do redukcji EMI. W niektórych przypadkach lepiej skupić się na jednym z nich niż na drugim.

Często stosowanie obu jest najskuteczniejszym rozwiązaniem.

Czasami, w przypadku metod ekranowania EMI, otwory i szczeliny w osłonie mogą zmniejszyć jej skuteczność. Otwory te są jednak niezbędne do redukcji ciepła. Jest to przykład sytuacji, w której oprócz ekranu należy zastosować filtry EMI.

Osłony są przydatne w przypadku wielu problemów związanych z EMI i mogą odpowiednio odbijać EMI.

Filtry mogą jednak wyeliminować EMI. Filtry mogą rozwiązać wiele problemów związanych z przenikaniem przez ekrany, a także z wejściami i wyjściami systemu elektrycznego, które są zazwyczaj najbardziej wrażliwymi punktami systemu ekranowanego. Filtry są najbardziej efektywne w tych miejscach.

Użycie technik filtrowania EMI, jak również tłumienia stanów przejściowych, na interfejsie ekranowanej obudowy jest bardzo skutecznym sposobem ochrony przed problemami z kompatybilnością.

Umieszczenie filtrów i filtrowanych złączy na interfejsach wejściowych i wyjściowych systemu może pomóc w wyeliminowaniu szumów EM pochodzących zarówno z wewnętrznych, jak i zewnętrznych źródeł na interfejsie złącza. Takie umieszczenie wysyła niepożądaną energię do uziemionej ekranowanej obudowy, co czyni to miejsce optymalnym do eliminacji szumów o wyższej częstotliwości i łagodzenia problemów związanych z EMI.

Filtry chronią przed szumami przewodzonymi przez przewodniki, podczas gdy ekrany łagodzą szumy przewodzone przez przestrzeń. Przewodnik, przez który przewodzi się hałas, może jednak również działać jako antena. Kiedy przewodnik działa jak antena, oba rodzaje przewodnictwa przekształcają się w siebie nawzajem dzięki antenie.

Dlatego, aby całkowicie odciąć się od hałasu, konieczne jest stosowanie zarówno ekranów jak i filtrów w jednym miejscu.

Na przykład, jeśli ekran jest używany do blokowania przewodnictwa przestrzennego, a przewodnik przenika przez ekran, przewodnik ten będzie zbierał hałas i przyciągał go do środka i na zewnątrz ekranu, powodując emisję hałasu. Z tego powodu nie można wyłączyć przewodzenia przestrzennego za pomocą samego ekranu.

Podobnie, gdy używa się filtra do ochrony przed przewodzeniem przez przewodnik, przewody umieszczone przed i za filtrem mogą być ze sobą sprzężone poprzez przewodzenie przestrzenne. Z tego powodu filtr nie może sam całkowicie odciąć przewodzenia.

Jednakże, jeśli użyjesz zarówno mechanizmu ekranującego EMI, jak i filtra w jednym miejscu, możesz całkowicie odciąć zarówno przewodzenie przestrzenne, jak i przewodzenie przez przewodnik, eliminując hałas.

Jeśli przewodnik znajdujący się pomiędzy źródłem hałasu a filtrem jest krótki, nie będzie miał znaczącego wpływu jako przewodnik. Można wtedy zignorować kwestię przewodnika działającego jak antena i skutecznie wyeliminować hałas używając tylko filtra. Zasadniczo, jeśli możesz umieścić filtr znacznie bliżej źródła hałasu, możesz go stłumić używając tylko filtra, a użycie ekranu nie jest konieczne.

EmI Filter Solutions from Astrodyne TDI

Od ponad 50 lat Astrodyne TDI bada, rozwija, udoskonala i dostarcza filtry zakłóceń elektromagnetycznych dla szerokiej gamy zastosowań w różnych sektorach, w tym komercyjnym, przemysłowym, wojskowym i medycznym. Przez dekady doświadczeń zdobyliśmy reputację zaufanego partnera, który pomaga firmom tworzyć wydajne, niezawodne produkty i spełniać odpowiednie normy elektroniczne i energetyczne.

W zależności od potrzeb Twojego sprzętu i branży, możesz potrzebować ekonomicznego, gotowego filtra EMI lub wytrzymałego, wysokowydajnego filtra na zamówienie do zastosowań w sektorze medycznym, lotniczym, wojskowym lub na innym rynku.

W Astrodyne TDI oferujemy szeroką gamę wysokiej jakości filtrów EMI. Posiadamy również doświadczenie inżynieryjne i projektowe potrzebne do dostarczenia niestandardowego rozwiązania EMI, które spełni wymagania Twojego sprzętu, jak również standardy i przepisy przemysłowe.

Nasze rozwiązania w zakresie filtrów EMI obejmują wszystko, od małych, jednofazowych komponentów do filtrów trójfazowych klasy przemysłowej. Oferujemy filtry EMI DC, filtry przelotowe, filtry wlotowe IEC, filtry EMI falowników, komponenty tłumiące, filtry harmoniczne i inne.

Posiadamy również duży zasób zasilaczy do wielu zastosowań. Nasze zasilacze wahają się od 5W do 16.5kW i są używane jako podstawa większych systemów do 500kW. Większość naszych standardowych zapasów posiada międzynarodowe aprobaty takich organizacji jak Underwriters Laboratories (UL), Conformité Européenne (CE) i Canadian Standards Association (CSA).

Aby dowiedzieć się więcej o naszych standardowych i niestandardowych filtrach EMI, skontaktuj się z nami lub poproś o wycenę już dziś.

Możemy pomóc Twojemu sprzętowi i Twojej marce zbudować reputację mocy i niezawodności. Z Astrodyne TDI, masz teraz moc.