EMI Shielding vs Filtering | Astrodyne TDI

Como o nosso mundo se torna mais digital, e os dispositivos electrónicos continuam a desempenhar papéis cada vez mais centrais nas nossas vidas, a interferência electromagnética, ou EMI, torna-se uma questão cada vez mais importante. Todos que projetam e fabricam dispositivos eletrônicos ou componentes precisam estar preocupados em gerenciar a EMI.

Blindagem e filtragem são dois métodos primários para conseguir isso.

Quando os dispositivos eletrônicos recebem ondas eletromagnéticas, eles podem causar a indução de correntes elétricas no circuito, causando interferência e perturbando o funcionamento pretendido do dispositivo. Se a energia for especialmente poderosa, o dispositivo eletrônico pode ser danificado. Mesmo que a energia aplicada seja relativamente pequena, se misturada com ondas de rádio usadas para comunicação, pode causar perda de recepção, interrupção de vídeo e ruído anormal em locais onde as ondas de rádio são fracas.

Um sistema de aterramento elétrico de qualidade pode ajudar a minimizar problemas de EMI.

Proteções, filtros, capacitores e indutores também podem reduzir a suscetibilidade de interferência de um sistema. Ao projetar dispositivos eletrônicos, a adição de filtros e escudos pode ajudar a controlar a EMI. Ambos os tipos de componentes fornecem supressão de ruído e podem ser usados sem adicionar tamanho ou custo significativo a um dispositivo.

Qual é a diferença entre esses dois métodos de supressão de ruído, no entanto, e quando você deve usá-los? Continue lendo para descobrir.

O que é EMI?

EMI é a interrupção do funcionamento de um produto eletrônico devido a um campo eletromagnético. EMI é também chamado de interferência de radiofreqüência (RFI) quando o campo está no espectro de radiofreqüência no espectro de freqüência eletromagnética. As ondas eletromagnéticas que resultam em interferência são chamadas de ruído eletromagnético.

Um outro termo relacionado ao EMI é EMC, que significa compatibilidade eletromagnética. Este termo refere-se a como um dispositivo funciona bem em um ambiente com ruído eletromagnético.

A tolerância de um produto ao ruído, bem como o quanto ele produz, ambos fatores em seu EMC.

Para funcionar e permitir que outros dispositivos funcionem, todo produto deve ser capaz de operar mesmo quando exposto a um determinado nível de ruído e não deve produzir EMI em níveis que impeçam o funcionamento dos dispositivos. Nos Estados Unidos, a Federal Communications Commission, ou FCC, regula o EMI. O International Special Committee for Radio Interference regulamenta-o internacionalmente em alguns setores.

Muitas outras normas industriais também estabelecem requisitos relacionados ao EMC.

Os circuitos dentro dos computadores pessoais criam campos EM na faixa de RF. Os visores de tubo de raios catódicos também produzem energia EM em uma faixa de freqüências.

Se você usar um receptor sem fio ao mesmo tempo que um computador pessoal, é provável que você ouça ruído de RF no receptor. Os transmissores sem fio também produzem campos EM e os moderados e de alta potência podem criar campos suficientemente fortes para perturbar os equipamentos eletrônicos que operam na área. Se você usar um transmissor de rádio ou televisão perto de uma estação de transmissão, por exemplo, você pode experimentar EMI.

Campos RF fortes podem fazer com que telefones, computadores e até mesmo alguns dispositivos médicos parem de funcionar corretamente. Eventos naturais, como tempestades elétricas, erupções solares e eletricidade estática também podem causar EMI. É por isso que a blindagem EMI e filtragem EMI são tão importantes.

Como funciona a blindagem EMI?

O que é a blindagem EMI-RFI?

A blindagem EMI-RFI refere-se ao redor de um objeto com uma placa de metal ou alguma outra forma de proteção para bloquear campos eletromagnéticos. As blindagens EMI são projetadas para evitar que as emissões irradiadas ultrapassem um determinado ponto. As soluções de blindagem EMI podem tanto proteger um dispositivo da radiação externa como evitar que esse dispositivo emita radiação que possa causar interferência com outros dispositivos.

Então, o que acontece quando uma onda EM atinge uma blindagem EMI?

Vejamos alguns princípios básicos de blindagem EMI.

A superfície condutora do escudo reflete a maior parte da energia da onda EM em várias direções. Exatamente como a onda reflete depende das qualidades do material do escudo e da fase da onda quando ela atinge o escudo. O escudo EMI também absorverá parte da energia da onda EM, que será convertida em energia térmica.

Dependente dos níveis de potência envolvidos, esta energia térmica pode necessitar de gerenciamento térmico.

alguns materiais de escudo EMI são feitos para dobrar como dissipadores de calor. Em circuitos eletrônicos de maior potência, especialmente quando mecanismos de blindagem que absorvem mais energia são usados, você pode precisar de aberturas nas chapas metálicas da blindagem para liberar calor. O tamanho desses orifícios não deve estar relacionado com o comprimento de onda das ondas contidas, pois isso pode minimizar a eficácia da blindagem EMI.

Para que os materiais de blindagem funcionem bem, eles também precisam de boas conexões de terra.

Como você escolhe quais materiais de blindagem EMI-RFI usar?

Existem vários parâmetros vitais, incluindo espessura, peso, condutividade do material e custos de ferramental.

Escudos mais grossos tendem a fornecer melhores resultados, mas isto vem com a troca de adicionar peso ao design. A maioria dos fornecedores de materiais de proteção fornecem medidas de eficácia em diferentes freqüências com as faixas de freqüência utilizáveis dos materiais. Estas medidas ajudam a comparar o peso e a densidade de um material de blindagem com a quantidade de blindagem que ele proporciona.

Outros parâmetros menos comuns, mas ainda potencialmente úteis, incluem resistividade de volume, faixa de temperatura de operação e força de compressão se o material for utilizado como junta.

Exemplos de materiais comumente usados para blindagem EMI incluem:

• Cobre
• Alumínio
• Aço inoxidável

Mais recentemente, os fabricantes também começaram a usar materiais compostos, tais como malhas e tecidos. Estas soluções combinam frequentemente um metal com um material de poliéster. Algumas vantagens destes materiais mais recentes são o seu peso leve e a sua flexibilidade. Apesar do seu baixo peso, eles ainda funcionam.

Aplicações de blindagem EMI em que estes materiais são usados incluem blindagem em torno de placas de circuito impresso em um invólucro de equipamento e fornecendo blindagem secundária em ambientes de saúde.

Soluções de blindagem EMI personalizadas, bem como produtos de blindagem de prateleira, estão disponíveis.

Como funciona a filtragem EMI?

Os filtros EMI-RFI podem remover componentes indesejados e deixar passar os componentes necessários na corrente eléctrica que flui nos condutores. O ruído é desviado para o solo, absorvido ou devolvido à sua origem.

Um filtro EMI tem dois tipos de componentes – condensadores e indutores – que funcionam em conjunto para reduzir a EMI:

• Capacitores: Os condensadores inibem a corrente directa, que é como uma quantidade substancial de interferência electromagnética é transportada para um dispositivo, mas deixam a corrente alternada passar.
• Indutores: Os condensadores encontrados nos filtros EMI são chamados de capacitores de manobra.

  Receptam a corrente de alta freqüência que causaria interferência fora de um circuito e a introduziriam em indutores dispostos em série. À medida que a corrente se move através desta série de indutores, a sua tensão é reduzida. Idealmente, os indutores diminuirão a interferência para nada, o que também é chamado de curto-circuito para terra.

  O papel dos filtros difere do dos escudos de várias maneiras.

  Vamos explorar alguns princípios básicos de filtragem EMI.

  Os escudos EMI fornecem blindagem para projetos ou circuitos inteiros.

  Filtros de supressão de EMI, por outro lado, visam fontes de ruído específicas. As blindagens contêm radiação EM dentro de uma área e também impedem a entrada de radiação EM nessa área. Os filtros controlam a energia EM que viaja através dos condutores. Eles são colocados em pontos específicos de um circuito para controlar o fluxo de corrente em várias freqüências.

  Enquanto os escudos são projetados para controlar as emissões de EMI irradiado, os filtros visam controlar o ruído conduzido.

  O filtro certo para usar depende da configuração mecânica do sistema e da freqüência do ruído no sistema, uma vez que se relaciona com a freqüência alvo dos sinais que são enviados. É necessário escolher um filtro com um condensador que não corte os sinais que pretende passar, mas bloqueie os sinais dentro da gama de frequências do ruído que está a tentar endereçar.

  Existem vários tipos de filtros EMI que pode utilizar.

  O tipo certo depende das frequências que pretende bloquear, da tensão com que está a trabalhar e de outros factores. Normalmente, os fabricantes de filtros fornecem informações detalhadas sobre a frequência de corte dos filtros que oferecem.

  

  Dois tipos cruciais de filtros EMI incluem filtros monofásicos e trifásicos:

  • Filtros monofásicos: Esses filtros são melhores para equipamentos menores, como eletrônicos de consumo, eletrodomésticos, equipamentos de fitness e algumas aplicações industriais, como fontes de alimentação, equipamentos de telecomunicações e equipamentos de serviço de alimentos.
  • Filtros trifásicos: Estes filtros podem bloquear níveis mais elevados de ruído do que os filtros monofásicos e são úteis para uma supressão de EMI mais rigorosa. Estes tipos de filtros são necessários para aplicações de alta potência, como equipamentos médicos, equipamentos de teste e vários tipos de máquinas industriais, como ferramentas e motores.

  Outras classificações de filtros EMI incluem:

  • Filtros de entrada IEC, que são usados para aplicações de entrada de energia.
  • Filtros DC, que bloqueiam correntes de alta frequência mas deixam passar correntes DC e correntes de baixa frequência.
  • Filtros EMI inversores, que são utilizados em aplicações que envolvem inversores de frequência ou sistemas de controlo baseados em inversores.
  • Filtros de passagem, que são usados em aplicações como caixas, estações base, abrigos móveis e equipamentos de comutação e proporcionam alta perda de inserção de frequências de KHz a GHz.

  Muitos filtros são projetados para uso em um setor ou aplicação específica, e tanto os filtros padrão como os filtros personalizados estão disponíveis.

  É também importante notar que, assim como com os escudos, os filtros dependem de aterramento adequado para funcionar corretamente.

  Quando você deve usar um filtro EMI versus um escudo?

  Filtros e escudos são ambas ferramentas valiosas para reduzir o EMI. Em alguns casos, pode ser melhor focar mais em um do que no outro.

  A maioria das vezes, usar ambos é a solução mais eficaz.

  Por vezes, com os métodos de blindagem EMI, os furos e lacunas na blindagem podem reduzir sua eficácia. Estas aberturas, no entanto, são necessárias para a redução do calor. Este é um exemplo de quando usar filtros EMI além de uma blindagem.

  A blindagem é útil para uma série de problemas de EMI e pode refletir adequadamente EMI.

  Filtros, no entanto, podem eliminar EMI. Os filtros podem resolver muitos dos problemas relacionados a penetrações através de escudos, bem como as entradas e saídas de um sistema elétrico, que geralmente são os pontos mais vulneráveis de um sistema blindado. Os filtros são mais eficazes nestes locais.

  Usar técnicas de filtragem EMI, bem como a supressão de transientes, em uma interface blindada é uma maneira altamente eficiente de proteger contra problemas de compatibilidade.

  Colocar filtros e conectores filtrados nas interfaces de entrada e saída de um sistema pode ajudar a eliminar o ruído EM tanto de fontes internas quanto externas na interface do conector. Esta colocação envia a energia indesejada para dentro da caixa blindada aterrada, tornando este um local ideal para eliminar ruídos de freqüência mais alta e mitigar problemas relacionados ao EMI.

  Filtros protegem contra ruídos conduzidos através de condutores, enquanto os escudos mitigam os ruídos conduzidos através do espaço. No entanto, um condutor que conduza o ruído através de um condutor também pode atuar como uma antena. Quando o condutor funciona como uma antena, os dois tipos de conduções se transformam um no outro devido à antena.

  Por isso – para desligar completamente o ruído – é essencial usar tanto as proteções quanto os filtros em um local.

  Por exemplo, se uma proteção for usada para bloquear a condução espacial e um condutor estiver penetrando através da proteção, este condutor irá captar o ruído e atraí-lo para dentro e para fora da proteção, resultando na emissão de ruído. Por este motivo, não se pode desligar a condução espacial apenas com uma blindagem.

  Simplesmente, ao utilizar um filtro para proteger contra a condução através de um condutor, os fios colocados antes e depois do filtro podem ser acoplados uns aos outros através da condução espacial. Devido a isto, o filtro não pode desligar completamente a condução por si só.

  No entanto, se utilizar tanto um mecanismo de blindagem EMI como um filtro num só local, pode desligar completamente tanto a condução espacial como a do condutor, eliminando o ruído.

  Se o condutor localizado entre a fonte de ruído e o filtro for curto, não terá um efeito significativo como condutor. Pode então ignorar a questão do condutor actuar como uma antena e eliminar eficazmente o ruído utilizando apenas um filtro. Essencialmente, se você pode colocar um filtro significativamente perto da fonte de ruído, você pode suprimi-lo apenas com um filtro, e não é necessário usar um escudo.

  

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