Elektromagnetische interferentie
Eenvoudig gezegd is elektromagnetische interferentie (EMI) het effect van elektromagnetische velden (bijv. radiofrequentie) op gevoelige elektronische apparatuur en systemen. Het verspreidt zich over een verrassend groot gebied en kan ernstige schade aan uw systeem veroorzaken. Gelukkig zijn er twee mogelijke oplossingen voor dit probleem: filteren en afschermen.
EMI-filtering en -afscherming zijn twee verschillende technieken die worden gebruikt om het probleem van EMI in elektronische apparaten of systemen aan te pakken. Bij elektronische systemen zijn er zorgen over uitgestraalde en geleide gevoeligheden, evenals uitgestraalde en geleide emissies, die EMI-ruis van het systeem zijn.
Maar wat is het verschil?
Filteren
Een korte geschiedenis van EMI, EMC en beschermingsbehoeften
In de jaren 1930, toen radio's al snel een huishoudelijke noodzaak over de hele wereld werden, begonnen gebruikers de vreemde effecten van frequenties op andere elektronische en elektrische apparatuur op te merken. Dit fenomeen, bekend als "elektromagnetische interferentie", toonde duidelijk de noodzaak aan van een manier om apparatuur te beschermen tegen foutieve radiosignalen.
De oplossing voor deze problemen kwam in 1933, toen de International Special Committee on Radio Interference (CISPR) van de International Electrotechnical Commission (IEC) in Parijs de eerste aanbevelingen deed voor het minimaliseren van EMI. Emissiebeperkingen treden op wanneer systemen onderling zijn verbonden om ervoor te zorgen dat het geluid dat in het ene systeem wordt gegenereerd, de prestaties van een ander systeem niet verstoort.
De behoefte aan uitgebreidere EMI-filter- en afschermingsmethoden en apparatuur voor defensietoepassingen werd al in 1967 onderkend, toen het vliegdekschip USS Forrestal, ingezet in de Golf van Tonkin ter ondersteuning van de Amerikaanse strijdkrachten in Vietnam, een catastrofale brand kreeg toen een elektronische anomalie veroorzaakte een Zuni-raket. Dit resulteerde in 134 doden en bijna 200 gewonden. Later werd vastgesteld dat de hoofdoorzaak van het ongeval een verkeerd geïnstalleerde afgeschermde kabelconnector en meerdere elektromagnetische velden in de cockpit waren, waardoor de raket vlam vatte en de brandstoftank van een nabijgelegen vliegtuig ontstak.
Later, toen mobiele telefoons en andere draagbare elektronische apparaten in de jaren negentig gemeengoed werden, realiseerden verschillende luchtvaartmaatschappijen zich dat signalen van deze en andere apparaten de luchtvaartelektronica konden verstoren, waardoor de veilige vlucht- of navigatiemogelijkheden van vliegtuigen werden belemmerd. Militaire leiders hebben ontdekt dat elektromagnetische interferentie, zowel natuurlijke als door de mens veroorzaakte, de Global Positioning System (GNSS)-technologie ernstig kan verstoren, waardoor onbemande luchtvaartuigen niet meer betrouwbaar kunnen vliegen. GNSS-interferentie en EMI veroorzaakt door militaire activiteiten is een opmerkelijk probleem in de vluchtveiligheid van de burgerluchtvaart dat tot op de dag van vandaag voortduurt.
Na radio-interferentie werden vele andere vormen van EMI herkend, waaronder microgolf-, infrarood- en gamma- en röntgenstralen, die elk kunnen worden geëlimineerd door een reeks methoden en apparatuur. De CISPR-aanbevelingen vormen de basis van de moderne internationale standaard voor EMI-preventie en definiëren hoe elektronische apparatuur naast elkaar kan bestaan zonder dat interferentie de prestaties beïnvloedt. Dit wordt elektromagnetische compatibiliteit genoemd.
Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) definieert het aanvaardbare operationele vermogen van elektrische en elektronische apparatuur bij blootstelling aan externe elektromagnetische bronnen en bij het beperken van ongewenste intern gegenereerde elektromagnetische energie.
EMC bestaat uit drie aspecten: beperking van de elektromagnetische interferentiestraling die door de apparatuur wordt gegenereerd, de gevoeligheid van de apparatuur voor externe bronnen van elektromagnetische interferentie en de immuniteit van de apparatuur bij gebruik in een bepaalde omgeving.
Verschillende soorten elektromagnetische interferentie
EMI kan over het algemeen worden onderverdeeld in vier typen op basis van de bron of bandbreedte van het oorspronkelijke signaal. Smalband EMI wordt gegenereerd door mobiele telefoon-, radio- of tv-uitzendingen, terwijl breedband EMI een breder radiospectrum heeft en wordt gegenereerd door onbedoelde straling van signaalbronnen zoals hoogspanningslijnen. Afhankelijk van de stralingsbron kan EMI worden gecategoriseerd als opzettelijk, onopzettelijk, intersysteem of intrasysteem:
Onbedoelde of "niet-functionele" EMI wordt gegenereerd door onbedoelde apparatuur zoals lasapparatuur, gelijkstroommotoren, computers en hoogspanningslijnen.
- Opzettelijke EMI (IEMI) is EMI die wordt uitgezonden door speciaal ontworpen apparatuur, vaak als onderdeel van systemen voor elektronische oorlogsvoering, zoals elektronische tegenmaatregelen en elektromagnetische pulswapens (EMP).
-Intersysteem EMI is interferentie die wordt gegenereerd tussen twee componenten van een systeem of apparaat, terwijl intersysteem EMI optreedt tussen twee of meer onafhankelijke systemen.
Verschillende soorten EMI
Wat is EMI-filtering?
EMI-filtering is een belangrijke overweging bij het ontwerp en de fabricage van elektronische apparatuur om een betrouwbare werking en naleving van de EMC-regelgeving (elektromagnetische compatibiliteit) te garanderen.
EMI-filtering is het proces van het verminderen of elimineren van interferentie veroorzaakt door elektromagnetische signalen in een elektronisch apparaat of systeem. Het is een techniek die wordt gebruikt om ongewenste elektromagnetische signalen (ruis) uit te filteren die de werking van elektronische apparatuur kunnen verstoren of elektromagnetische interferentie kunnen veroorzaken.
EMI-filters worden meestal aan de ingang of uitgang van een apparaat geplaatst en kunnen op een paneel of op een printplaat worden gemonteerd. Ze bestaan uit een combinatie van passieve componenten zoals condensatoren, inductoren en weerstanden die zijn ontworpen om EMI in een specifiek frequentiebereik te verzwakken of te onderdrukken. Ze worden vaak gebruikt in elektronische apparatuur zoals voedingen, audioapparatuur, computersystemen en andere elektronische apparatuur met hoge betrouwbaarheid en EMC-vereisten.
EMI-filters zijn meestal laagdoorlaatfilters die laagfrequente signalen doorlaten terwijl hoogfrequente signalen of "ruis" worden geblokkeerd. Condensatoren blokkeren bepaalde frequenties terwijl andere worden doorgelaten. Condensatoren ontladen in het grondvlak, waardoor hoogfrequente signalen worden verminderd. Inductoren werken anders; ze absorberen hoogfrequente energie en zetten deze om in warmte, waardoor hoogfrequente ruis wordt onderdrukt. Aangepaste filters kunnen worden "afgesteld" om aan specifieke frequentievereisten te voldoen door de combinatie van condensatoren en inductoren te "tweaken".
EMI-filters kunnen worden onderverdeeld in twee typen: filters voor differentiële modus en filters voor gewone modus. Differential-mode filters verzwakken interferentie die optreedt tussen twee signaallijnen, terwijl common-mode filters interferentie verzwakken die optreedt tussen een signaallijn en aarde.
Wat is EMI-afscherming?
EMI-afscherming is het proces waarbij elektromagnetische straling die wordt uitgezonden door elektronische apparaten of systemen wordt verminderd en wordt voorkomen dat externe elektromagnetische signalen de werking van deze apparaten verstoren. EMI-afscherming is noodzakelijk omdat elektromagnetische straling de werking van andere elektronische apparaten kan verstoren en storingen of fouten kan veroorzaken. .EMI-afscherming omvat het gebruik van geleidende materialen, zoals koper of aluminium, om te voorkomen dat elektromagnetische signalen het apparaat binnenkomen of verlaten.
EMI-afscherming kan worden bereikt door geleidende afscherming (een kooi van Faraday genoemd) rond het apparaat te plaatsen of door het apparaat te coaten met geleidend materiaal. De geleidende afscherming of coating vormt een barrière die voorkomt dat elektromagnetische signalen de apparatuur binnenkomen of verlaten, waardoor het risico op elektromagnetische interferentie wordt verkleind. EMI-afscherming kan worden toegepast op elektronische componenten, printplaten, kabels of zelfs volledige elektronische apparaten of systemen.
Filteren versus afschermen
De keuze tussen filteren en afschermen hangt af van verschillende factoren, zoals de gevoeligheid van het apparaat en de hoeveelheid EMI die wordt gegenereerd. Geleidbaarheid, grootte en kosten spelen ook een rol bij het kiezen van de beste EMI-oplossing.
Afscherming biedt een alomvattende benadering van EMI-beheer, terwijl filters gericht zijn op specifieke EMI-gebieden. Afscherming reflecteert binnenkomende energie en genereert toch enige absorptie. Deze energie wordt omgezet in warmte en vereist daarom een vorm van thermisch beheer. Bovendien heeft de kwaliteit van het materiaal dat voor de afscherming wordt gebruikt niet alleen invloed op de output, maar ook op het gewicht van het systeem, dwz dikkere afscherming is effectiever, maar ook zwaarder. Terwijl afscherming EMI reflecteert en onderdrukt, elimineren filters EMI door de kwetsbare punten in het systeem aan te pakken die de meeste interferentie genereren. Als gevolg hiervan kunnen filters worden aangepast om aan specifieke behoeften te voldoen.