Електромагнітні перешкоди
Простіше кажучи, електромагнітні перешкоди (EMI) — це вплив електромагнітних полів (наприклад, радіочастот) на чутливе електронне обладнання та системи. Він поширюється на напрочуд широку територію та може завдати серйозної шкоди вашій системі. На щастя, є два можливих рішення цієї проблеми: фільтрація та екранування.
Фільтрація електромагнітних перешкод і екранування – це дві різні методи, які використовуються для вирішення проблеми електромагнітних перешкод в електронних пристроях або системах. З електронними системами існує занепокоєння щодо чутливості до випромінюваного та кондуктивного випромінювання, а також до випромінюваного та кондуктивного випромінювання, які є електромагнітними перешкодами від системи.
Але яка різниця?
Фільтрування
Коротка історія електромагнітних перешкод, електромагнітної сумісності та потреб у захисті
У 1930-х роках, коли радіоприймачі швидко стали побутовою необхідністю в усьому світі, користувачі почали помічати дивний вплив частот на інше електронне та електричне обладнання. Це явище, відоме як «електромагнітні перешкоди», чітко продемонструвало необхідність захисту обладнання від помилкових радіосигналів.
Вирішення цих проблем знайшлося в 1933 році, коли Міжнародний спеціальний комітет з радіоперешкод (CISPR) Міжнародної електротехнічної комісії (IEC) у Парижі видав перші рекомендації щодо мінімізації електромагнітних перешкод. Обмеження викидів виникають, коли системи взаємопов’язані, щоб гарантувати, що шум, створюваний в одній системі, не заважає роботі іншої.
Потреба в більш комплексних методах фільтрації електромагнітних випромінювань і захисту від електромагнітних перешкод, а також у обладнанні для оборонних застосувань була визнана ще в 1967 році, коли авіаносець USS Forrestal, розгорнутий у Тонкінській затоці на підтримку американських військ у В’єтнамі, постраждав від катастрофічної пожежі через електронні аномалія спровокувала ракету Zuni. Це призвело до 134 смертей і майже 200 поранень. Пізніше було встановлено, що основною причиною аварії став неправильно встановлений екранований кабельний з’єднувач і численні електромагнітні поля на кабіні польоту, які спричинили загоряння ракети та запалювання паливного бака літака, що знаходився поблизу.
Пізніше, коли мобільні телефони та інші портативні електронні пристрої стали більш поширеними у 1990-х роках, кілька авіакомпаній зрозуміли, що сигнали від цих та інших пристроїв можуть заважати авіоніці, перешкоджаючи безпечному польоту або навігаційним можливостям літака. Військове керівництво виявило, що електромагнітні перешкоди, природні чи створені людиною, можуть серйозно заважати технології глобальної системи позиціонування (GNSS), через що безпілотні літальні апарати не зможуть надійно літати. Перешкоди GNSS та електромагнітні перешкоди, викликані військовою діяльністю, є помітною проблемою безпеки польотів цивільної авіації, яка існує досі.
Після радіоперешкод було визнано багато інших форм електромагнітних перешкод, включаючи мікрохвильове, інфрачервоне, гамма- та рентгенівське випромінювання, кожне з яких можна усунути різними методами та обладнанням. Рекомендації CISPR складають основу сучасного міжнародного стандарту для Запобігання електромагнітним перешкодам і визначення того, як електронне обладнання може співіснувати без перешкод, що впливають на продуктивність. Це називається електромагнітною сумісністю.
Електромагнітна сумісність (EMC) визначає прийнятну робочу здатність електричного та електронного обладнання під впливом зовнішніх електромагнітних джерел і при обмеженні небажаної електромагнітної енергії, що генерується всередині.
EMC складається з трьох аспектів: обмеження випромінювання електромагнітних перешкод, створюваних обладнанням, чутливість обладнання до зовнішніх джерел електромагнітних перешкод і стійкість обладнання під час роботи в певному середовищі.
Різні види електромагнітних перешкод
Загалом електромагнітні перешкоди можна класифікувати на чотири типи на основі джерела або смуги вихідного сигналу. Вузькосмугові електромагнітні перешкоди генеруються стільниковим телефоном, радіо- чи телевізійними передачами, тоді як широкосмугові електромагнітні перешкоди мають ширший радіоспектр і генеруються ненавмисним випромінюванням від джерел сигналу, таких як лінії електропередачі. Залежно від джерела випромінювання електромагнітні перешкоди можна класифікувати як навмисні, ненавмисні, міжсистемні та внутрішньосистемні:
Ненавмисні або «нефункціональні» електромагнітні перешкоди генеруються ненавмисним обладнанням, таким як зварювальне обладнання, двигуни постійного струму, комп’ютери та лінії електропередач.
- Навмисні електромагнітні випромінювання (IEMI) – це електромагнітні випромінювання, які випромінює спеціально розроблене обладнання, часто як частина систем електронної боротьби, таких як електронні засоби протидії та електромагнітні імпульси (EMP).
- Міжсистемні електромагнітні перешкоди – це перешкоди, що виникають між двома компонентами системи або пристрою, тоді як міжсистемні електромагнітні перешкоди виникають між двома або більше незалежними системами.
Різні типи EMI
Що таке фільтрація EMI?
Фільтрація електромагнітних перешкод є важливою умовою при розробці та виробництві електронного обладнання для забезпечення надійної роботи та відповідності нормам щодо електромагнітної сумісності (EMC).
Фільтрація EMI – це процес зменшення або усунення перешкод, спричинених електромагнітними сигналами в електронному пристрої чи системі. Це метод, який використовується для фільтрації небажаних електромагнітних сигналів (шуму), які можуть заважати роботі електронного обладнання або спричиняти електромагнітні перешкоди.
Фільтри електромагнітних перешкод зазвичай розміщуються на вході або виході пристрою і можуть бути встановлені на панелі або на друкованій платі. Вони складаються з комбінації пасивних компонентів, таких як конденсатори, котушки індуктивності та резистори, призначені для ослаблення або придушення електромагнітних перешкод у певному діапазоні частот. Вони зазвичай використовуються в електронному обладнанні, такому як джерела живлення, аудіообладнання, комп’ютерні системи та інше електронне обладнання з високими вимогами до надійності та електромагнітної сумісності.
Фільтри EMI зазвичай є фільтрами низьких частот, які пропускають низькочастотні сигнали, одночасно блокуючи високочастотні сигнали або «шум». Конденсатори блокують певні частоти, пропускаючи інші. Конденсатори розряджаються в заземлену площину, тим самим зменшуючи високочастотні сигнали. Індуктори працюють інакше; вони поглинають високочастотну енергію і перетворюють її на тепло, таким чином пригнічуючи високочастотний шум. Користувальницькі фільтри можна "налаштувати" відповідно до конкретних вимог до частоти, "налаштувавши" комбінацію конденсаторів і котушок індуктивності.
Фільтри EMI можна розділити на два типи: фільтри диференціального режиму та фільтри загального режиму. Диференціальні фільтри послаблюють перешкоди, які виникають між двома сигнальними лініями, тоді як синфазні фільтри послаблюють перешкоди, які виникають між сигнальною лінією та землею.
Що таке електромагнітне екранування?
Екранування від електромагнітних перешкод — це процес зменшення електромагнітного випромінювання, що випромінюється електронними пристроями або системами, і запобігання перешкоджанню роботі цих пристроїв зовнішніми електромагнітними сигналами. Екранування від електромагнітних перешкод необхідне, оскільки електромагнітне випромінювання може заважати роботі інших електронних пристроїв і спричиняти несправності чи помилки .EMI екранування передбачає використання провідних матеріалів, таких як мідь або алюміній, щоб блокувати або послаблювати електромагнітні сигнали від входу або виходу з пристрою.
Екранування від електромагнітних перешкод можна досягти шляхом розміщення провідного екрану (званого клітиною Фарадея) навколо пристрою або покриттям пристрою провідним матеріалом. Провідне екранування або покриття створює бар’єр, який запобігає входженню або виходу електромагнітних сигналів з обладнання, таким чином зменшуючи ризик електромагнітних перешкод. Екранування від електромагнітних перешкод можна застосувати до електронних компонентів, друкованих плат, кабелів або навіть цілих електронних пристроїв чи систем.
Фільтрування проти екранування
Вибір між фільтрацією та екрануванням залежить від низки факторів, таких як чутливість пристрою та кількість електромагнітних перешкод, які будуть створені. Провідність, розмір і вартість також відіграють важливу роль у виборі найкращого рішення EMI.
Екранування використовує комплексний підхід до управління електромагнітними випромінюваннями, тоді як фільтри спрямовані на конкретні області електромагнітних перешкод. Екранування відбиває вхідну енергію, водночас генеруючи певне поглинання. Ця енергія перетворюється на тепло і тому потребує певного типу керування температурою. Крім того, якість матеріалу, який використовується для екранування, впливає не тільки на продуктивність, але і на вагу системи, тобто більш товсте екранування ефективніше, але і важче. У той час як екранування відображає та пригнічує електромагнітні перешкоди, фільтри усувають електромагнітні перешкоди, звертаючись до вразливих місць у системі, які створюють найбільше перешкод. У результаті фільтри можна налаштувати відповідно до конкретних потреб.
