EMI-avskärmning vs filtrering | Astrodyne TDI

I takt med att vår värld blir alltmer digital och elektroniska enheter fortsätter att spela en alltmer central roll i våra liv blir elektromagnetisk störning, EMI, en allt viktigare fråga. Alla som konstruerar och tillverkar elektroniska anordningar eller komponenter måste vara angelägna om att hantera EMI.

Avskärmning och filtrering är två primära metoder för att åstadkomma detta.

När elektroniska anordningar tar emot elektromagnetiska vågor kan de leda till att elektriska strömmar induceras i kretsen, vilket orsakar störningar och stör den avsedda driften av anordningen. Om energin är särskilt kraftig kan den elektroniska anordningen skadas. Även om den tillförda energin är relativt liten kan den, om den blandas med radiovågor som används för kommunikation, orsaka förlust av mottagning, störd video och onormalt brus på platser där radiovågorna är svaga.

Ett elektriskt jordsystem av god kvalitet kan bidra till att minimera EMI-problemen.

Sköldar, filter, kondensatorer och induktansspolarer kan också minska ett systems känslighet för störningar. När man konstruerar elektroniska apparater kan man genom att lägga till filter och skärmar hjälpa till att kontrollera EMI. Båda typerna av komponenter ger brusdämpning och kan användas utan att lägga till betydande storlek eller kostnad till en enhet.

Vad är dock skillnaden mellan dessa två metoder för brusdämpning och när bör man använda dem? Läs vidare för att ta reda på det.

Vad är EMI?

EMI är störningar i driften av en elektronisk produkt på grund av ett elektromagnetiskt fält. EMI kallas också för radiofrekvensinterferens (RFI) när fältet befinner sig i radiofrekvensspektrumet på det elektromagnetiska frekvensspektrumet. De elektromagnetiska vågor som resulterar i störningar kallas elektromagnetiskt brus.

En annan relaterad term till EMI är EMC, som står för elektromagnetisk kompatibilitet. Denna term avser hur väl en enhet fungerar i en miljö med elektromagnetiskt buller.

En produkts tolerans för buller, liksom hur mycket den producerar, är båda faktorer som spelar in i dess EMC.

För att fungera och för att andra enheter ska kunna fungera måste varje produkt kunna fungera även när den utsätts för en viss nivå av buller och får inte producera EMI på nivåer som hindrar enheternas funktion. I USA är det Federal Communications Commission, FCC, som reglerar EMI. International Special Committee for Radio Interference reglerar det internationellt inom vissa sektorer.

Många andra industristandarder ställer också krav på EMC.

Kretsarna i persondatorer skapar EM-fält i RF-området. Katodstrålerörskärmar producerar också EM-energi inom ett frekvensområde.

Om du använder en trådlös mottagare samtidigt med en persondator kommer du troligen att höra RF-brus i mottagaren. Trådlösa sändare producerar också EM-fält, och måttligt och högpresterande sändare kan skapa fält som är tillräckligt starka för att störa elektronisk utrustning som fungerar i området. Om du till exempel använder en radio- eller tv-sändare i närheten av en sändningsstation kan du uppleva EMI.

Starka RF-fält kan leda till att telefoner, datorer och till och med vissa medicinska apparater slutar fungera korrekt. Naturliga händelser som elektriska stormar, solutbrott och statisk elektricitet kan också orsaka EMI. Därför är EMI-skärmning och EMI-filtrering så viktiga.

Hur fungerar EMI-skärmning?

Vad är EMI-RFI-skärmning?

EMI-RFI-skärmning innebär att man omger ett föremål med en metallplatta eller någon annan form av skydd för att blockera elektromagnetiska fält. EMI-sköldar är utformade för att förhindra att strålningsutsläpp kommer förbi en viss punkt. EMI-avskärmningslösningar kan både skydda en enhet från extern strålning och förhindra att enheten avger strålning som kan orsaka störningar på andra enheter.

Så, vad händer när en EM-våg träffar en EMI-sköld?

Låt oss ta en titt på några grundläggande principer för EMI-avskärmning.

Den ledande ytan på skärmen reflekterar det mesta av energin från EM-vågen i olika riktningar. Exakt hur vågen reflekteras beror på egenskaperna hos sköldens material och vågens fas när den träffar skölden. EMI-skölden absorberar också en del av energin från EM-vågen, som omvandlas till värmeenergi.

Avhängigt av de aktuella effektnivåerna kan denna värmeenergi kräva termisk hantering.

Vissa EMI-avskärmningsmaterial är gjorda för att fungera som värmesänkor. I elektroniska kretsar med högre effekt, särskilt när avskärmningsmekanismer som absorberar mer energi används, kan man behöva ha öppningar i avskärmningens metallplåtar för att släppa ut värme. Storleken på dessa hål bör inte stå i relation till våglängden hos de vågor som ska inneslutas, eftersom detta kan minimera EMI-avskärmningens effektivitet.

För att avskärmningsmaterialen ska fungera bra behöver de också bra jordanslutningar.

Hur väljer man vilka EMI-RFI-avskärmningsmaterial man ska använda?

Det finns flera viktiga parametrar, bland annat tjocklek, vikt, materialets ledningsförmåga och verktygskostnader.

Tjockare sköldar tenderar att ge bättre resultat, men detta kommer med en motprestation i form av ökad vikt i konstruktionen. De flesta leverantörer av avskärmningsmaterial tillhandahåller mått på effektivitet vid olika frekvenser med materialens användbara frekvensområden. Dessa mätningar hjälper till att jämföra vikten och densiteten hos ett avskärmningsmaterial med den mängd avskärmning som det ger.

Andra mindre vanliga, men ändå potentiellt användbara, parametrar är volymresistivitet, driftstemperaturområde och kompressionskraft om materialet används som en packning.

Exempel på material som vanligen används för EMI-avskärmning är:

• Koppar
• Aluminium
• Ett rostfritt stål

På senare tid har tillverkarna också börjat använda sig av kompositmaterial, till exempel nät och tyg. Dessa lösningar kombinerar ofta en metall med ett polyestermaterial. Några fördelar med dessa nyare material är deras låga vikt och flexibilitet. Trots sin låga vikt fungerar de ändå.

EMI-avskärmningstillämpningar där dessa material används är bland annat avskärmning runt kretskort i ett utrustningshölje och sekundär avskärmning i sjukvårdsinrättningar.

Det finns både skräddarsydda EMI-avskärmningslösningar och färdiga avskärmningsprodukter.

Hur fungerar EMI-filtrering?

EMI-RFI-filter kan avlägsna oönskade komponenter och släppa igenom de nödvändiga komponenterna i den elektriska strömmen som flyter i ledare. Buller avleds till marken, absorberas eller skickas tillbaka till sitt ursprung.

Ett EMI-filter har två typer av komponenter – kondensatorer och induktorer – som arbetar tillsammans för att minska EMI:

• Kondensatorer: Kondensatorer: Kondensatorer hindrar likström, vilket är hur en betydande mängd elektromagnetisk störning förs in i en enhet, men låter växelströmmen passera.
• Induktorer: Kondensatorer hindrar likström, vilket är hur en betydande mängd elektromagnetisk störning förs in i en enhet, men låter växelströmmen passera: Induktorer: Induktorer är små elektromagneter som kan hålla energi i ett magnetfält när elektrisk ström passerar genom dem, vilket minskar den totala spänningen.

De kondensatorer som finns i EMI-filter kallas shuntkondensatorer.

De omdirigerar högfrekventa strömmar som skulle kunna orsaka störningar bort från en krets och matar in dem i induktorer som är placerade i en serie. När strömmen rör sig genom denna serie av induktorer minskar dess spänning. I idealfallet minskar induktorerna störningen till ingenting, vilket också kallas för kortslutning mot jord.

Filtrens roll skiljer sig från sköldens på flera sätt.

Låt oss utforska några grundläggande principer för EMI-filtrering.

EMI-sköldar ger avskärmning av hela konstruktioner eller kretsar.

EMI-undertryckningsfilter å andra sidan är inriktade på specifika bullerkällor. Sköldar innehåller EM-strålning inom ett område och förhindrar också att EM-strålning kommer in i området. Filter kontrollerar EM-energi som färdas genom ledare. De placeras på specifika punkter i en krets för att kontrollera strömflödet vid olika frekvenser.

Medan sköldar är utformade för att kontrollera utstrålad EMI-strålning syftar filter till att kontrollera ledningsburet buller.

Det rätta filtret att använda beror på systemets mekaniska konfiguration och frekvensen av bullret i systemet i förhållande till målfrekvensen för de signaler som sänds. Du måste välja ett filter med en kondensator som inte skär av de signaler som du vill släppa igenom men som blockerar signaler inom frekvensområdet för det brus som du försöker åtgärda.

Det finns olika typer av EMI-filter som du kan använda.

Den rätta typen beror på de frekvenser som du vill blockera, spänningen som du arbetar med och andra faktorer. Vanligtvis ger filtertillverkarna detaljerad information om gränsfrekvensen för de filter de erbjuder.

Två viktiga typer av EMI-filter är enfasiga och trefasiga filter:

• enfasiga filter: Dessa filter är bäst för mindre utrustning som konsumentelektronik, hushållsapparater, fitnessutrustning och vissa industriella tillämpningar, t.ex. strömförsörjning, telekommunikationsutrustning och livsmedelsutrustning.
• Trefasfilter: Dessa filter kan blockera högre bullernivåer än enfasfilter och är användbara för strängare EMI-undertryckning. Dessa typer av filter är nödvändiga för tillämpningar med hög effekt, t.ex. medicinsk utrustning, testutrustning och olika typer av industrimaskiner, t.ex. verktyg och motorer.

Andra klassificeringar av EMI-filter inkluderar:

• IEC-inloppsfilter, som används för tillämpningar med kraftöverföring.
• DC-filter, som blockerar högfrekventa strömmar men låter DC- och lågfrekventa strömmar passera.
• EMI-filter för växelriktare, som används i tillämpningar som involverar frekvensomriktare eller växelriktarbaserade styrsystem.
• Genomföringsfilter, som används i tillämpningar som kapslingar, basstationer, mobila skyddsrum och kopplingsutrustning och som ger hög insättningsdämpning från KHz till GHz-frekvenser.

Många filter utformas för användning i en specifik sektor eller tillämpning, och det finns både standard- och specialanpassade filter.

Det är också viktigt att notera att filter, liksom sköldar, är beroende av korrekt jordning för att fungera korrekt.

När ska du använda ett EMI-filter jämfört med en sköld?

Filter och sköldar är båda värdefulla verktyg för att minska EMI. I vissa fall kan det vara bättre att fokusera mer på det ena än det andra.

Ofta är det den mest effektiva lösningen att använda båda.

I vissa fall, med EMI-avskärmningsmetoder, kan hålen och luckorna i avskärmningen minska dess effektivitet. Dessa öppningar är dock nödvändiga för att minska värmen. Detta är ett exempel på när man bör använda EMI-filter utöver en avskärmning.

Avskärmning är användbar för en rad EMI-problem och kan reflektera EMI på ett adekvat sätt.

Filter kan dock eliminera EMI. Filter kan ta itu med många av de problem som är relaterade till genomträngningar genom skärmar, liksom ingångarna och utgångarna i ett elektriskt system, som vanligtvis är de mest sårbara punkterna i ett avskärmat system. Filter är mest effektiva på dessa ställen.

Användning av EMI-filtreringstekniker, liksom transientundertryckning, vid gränssnittet för ett skärmat hölje är ett mycket effektivt sätt att skydda sig mot kompatibilitetsproblem.

Placering av filter och filtrerade kontaktdon vid systemets ingångs- och utgångsgränsytor kan bidra till att eliminera EM-brus från både interna och externa källor vid kontaktdonets gränssnitt. Denna placering skickar den oönskade energin in i det jordade skärmade höljet, vilket gör detta till en optimal plats för att eliminera högfrekvent buller och mildra EMI-relaterade problem.

Filter skyddar mot buller som leds genom ledare, medan skärmar mildrar buller som leds genom utrymme. En ledare som buller leds genom kan dock också fungera som en antenn. När ledaren fungerar som en antenn omvandlas de två typerna av ledningar till varandra på grund av antennen.

Det är därför som det – för att stänga ute buller helt och hållet – är viktigt att använda både sköldar och filter på en och samma plats.

Om till exempel en sköld används för att blockera rumslig ledning och en ledare tränger igenom skölden, kommer denna ledare att plocka upp buller och dra det in och ut på utsidan av skölden, vilket resulterar i bulleremission. Av denna anledning kan man inte stänga av rumslig ledning med enbart en sköld.

På liknande sätt, när man använder ett filter för att skydda mot ledning genom en ledare, kan de ledningar som placeras före och efter filtret kopplas ihop med varandra genom rumslig ledning. På grund av detta kan filtret inte helt stänga av ledningen på egen hand.

Om man däremot använder både en EMI-avskärmningsmekanism och ett filter på en plats kan man helt stänga av både rumslig och ledningsmässig ledning, vilket eliminerar buller.

Om ledaren som är placerad mellan bullerkällan och filtret är kort, kommer den inte att ha någon betydande effekt som ledare. Du kan då bortse från problemet med att ledaren fungerar som en antenn och effektivt eliminera buller med hjälp av endast ett filter. I princip, om du kan placera ett filter avsevärt nära bruskällan kan du undertrycka det med bara ett filter, och det är inte nödvändigt att använda en skärm.

EMI-filterlösningar från Astrodyne TDI

I över 50 år har Astrodyne TDI forskat, utvecklat, förfinat och tillhandahållit filter för elektromagnetisk interferens för ett brett spektrum av tillämpningar inom olika sektorer, bland annat inom kommersiell, industriell, militär och medicinsk sektor. Under våra årtionden av erfarenhet har vi skaffat oss ett rykte som en pålitlig partner som hjälper företag att skapa kraftfulla, tillförlitliga produkter och uppfylla relevanta elektronik- och energistandarder.

Avhängigt av dina utrustningsbehov och din bransch kan du behöva antingen ett kostnadseffektivt, standardiserat EMI-filter eller ett robust, högpresterande, skräddarsytt filter för en tillämpning inom den medicinska, flyg- eller militära sektorn eller på en annan marknadsplats.

Vid Astrodyne TDI erbjuder vi ett brett utbud av EMI-filter av hög kvalitet. Vi har också den interna teknik- och konstruktionsexpertis som behövs för att ge dig en skräddarsydd EMI-lösning som uppfyller kraven för din utrustning samt industristandarder och föreskrifter.

Våra EMI-filterlösningar omfattar allt från små enfasiga komponenter till trefasiga filter av industriell kvalitet. Vi erbjuder DC EMI-filter, feed-through-filter, IEC-inloppsfilter, inverter EMI-filter, suppressionskomponenter, harmoniska filter med mera.

Vi har också ett stort lager av nätaggregat för en rad olika tillämpningar. Våra nätaggregat sträcker sig från 5W till 16,5kW och används som grund för större system upp till 500kW. Majoriteten av vårt standardförråd har internationella godkännanden från organisationer som Underwriters Laboratories (UL), Conformité Européenne (CE) och Canadian Standards Association (CSA).

Om du vill veta mer om våra standard- och specialanpassade EMI-filter kan du kontakta oss eller begära en offert idag.

Vi kan hjälpa din utrustning och ditt varumärke att bygga upp sitt rykte om kraft och tillförlitlighet. Med Astrodyne TDI har du nu kraft.