Elektromagnetilised häired
Lihtsamalt öeldes on elektromagnetilised häired (EMI) elektromagnetväljade (nt raadiosagedus) mõju tundlikele elektroonikaseadmetele ja -süsteemidele. See levib üllatavalt laiale alale ja võib teie süsteemi tõsiselt kahjustada. Õnneks on sellele probleemile kaks võimalikku lahendust: filtreerimine ja varjestus.
EMI filtreerimine ja varjestus on kaks erinevat tehnikat, mida kasutatakse elektroonikaseadmete või -süsteemide EMI probleemi lahendamiseks. Elektrooniliste süsteemide puhul on muret nii kiirgus- ja juhtivustundlikkuse kui ka kiirgavate ja juhtivate emissioonide pärast, mis on süsteemi EMI-müra.
Aga mis vahet sellel on?
Filtreerimine
EMI, elektromagnetilise ühilduvuse ja kaitsevajaduste lühike ajalugu
1930. aastatel, kui raadiod muutusid kogu maailmas kiiresti kodutarbeks, hakkasid kasutajad märkama sageduste kummalist mõju teistele elektroonika- ja elektriseadmetele. See nähtus, mida tuntakse "elektromagnetiliste häiretena", näitas selgelt vajadust kaitsta seadmeid vigaste raadiosignaalide eest.
Nendele probleemidele leiti lahendus 1933. aastal, kui Pariisis asuva Rahvusvahelise Elektrotehnikakomisjoni (IEC) rahvusvaheline raadiohäirete erikomitee (CISPR) andis välja varaseimad soovitused EMI minimeerimiseks. Heitkoguste piirangud tekivad siis, kui süsteemid on omavahel ühendatud tagamaks, et ühes süsteemis tekkiv müra ei häiri teise süsteemi toimimist.
Vajadus põhjalikumate EMI filtreerimis- ja varjestusmeetodite ning kaitserakenduste seadmete järele tunnistati juba 1967. aastal, kui Tonkini lahes USA vägede toetuseks Vietnamis paigutatud lennukikandja USS Forrestal sai katastroofilise tulekahju, kui elektrooniline anomaalia käivitas Zuni raketi. Selle tulemusel sai surma 134 ja vigastada ligi 200 inimest. Hiljem selgus, et õnnetuse algpõhjus oli valesti paigaldatud varjestatud kaabli pistik ja mitmed elektromagnetväljad kabiinis, mille tõttu rakett süttis ja süttis lähedalasuva lennuki kütusepaagi.
Hiljem, kui mobiiltelefonid ja muud kaasaskantavad elektroonikaseadmed muutusid 1990. aastatel tavalisemaks, mõistsid mitmed lennufirmad, et nende ja teiste seadmete signaalid võivad häirida avioonikat, takistades seega lennukite ohutut lendu või navigeerimisvõimet. Sõjaväe juhid on avastanud, et elektromagnetilised häired, nii looduslikud kui ka inimtekkelised, võivad tõsiselt häirida globaalse positsioneerimissüsteemi (GNSS) tehnoloogiat, muutes mehitamata õhusõidukid võimetuks lennata. Sõjalise tegevuse põhjustatud GNSS-i häired ja EMI on tsiviillennunduse lennuohutuses märkimisväärne probleem, mis jätkub tänapäevani.
Pärast raadiohäireid tuvastati palju muid EMI vorme, sealhulgas mikrolaine-, infrapuna- ning gamma- ja röntgenikiirgus, millest igaüks saab kõrvaldada mitmesuguste meetodite ja seadmetega. CISPR-i soovitused on kaasaegse rahvusvahelise standardi aluseks. EMI ennetamine ja määratleda, kuidas elektroonilised seadmed saavad koos eksisteerida ilma, et häired mõjutaksid jõudlust. Seda nimetatakse elektromagnetiliseks ühilduvuseks.
Elektromagnetiline ühilduvus (EMC) määratleb elektri- ja elektroonikaseadmete vastuvõetava töövõime, kui nad puutuvad kokku väliste elektromagnetiliste allikatega ja piiravad sisemiselt tekkivat soovimatut elektromagnetenergiat.
EMC koosneb kolmest aspektist: seadmete tekitatud elektromagnetiliste häirete kiirguse piiramine, seadmete vastuvõtlikkus välistele elektromagnetiliste häirete allikatele ja seadmete häirekindlus antud keskkonnas töötamisel.
Erinevat tüüpi elektromagnetilised häired
EMI võib algse signaali allika või ribalaiuse alusel üldiselt liigitada nelja tüüpi. Kitsasriba-EMI-d genereerivad mobiiltelefoni-, raadio- või televisiooniedastused, samas kui lairiba-EMI-l on laiem raadiospekter ja seda tekitab tahtmatu kiirgus signaaliallikatest, nagu elektriülekandeliinid. Sõltuvalt kiirgusallikast võib EMI liigitada tahtlikuks, tahtmatuks, süsteemidevaheliseks või süsteemisiseseks:
Tahtmatu või "mittefunktsionaalse" elektromagnetilise häire tekitavad tahtmatud seadmed, nagu keevitusseadmed, alalisvoolumootorid, arvutid ja elektriliinid.
- Tahtlik EMI (IEMI) on EMI, mida kiirgavad spetsiaalselt loodud seadmed, sageli osana elektroonilistest sõjapidamise süsteemidest, nagu elektroonilised vastumeetmed ja elektromagnetimpulss (EMP) relvad.
- Süsteemidevaheline EMI on süsteemi või seadme kahe komponendi vahel tekitatud häired, samas kui süsteemidevaheline EMI esineb kahe või enama sõltumatu süsteemi vahel.
Erinevat tüüpi EMI
Mis on EMI-filtreerimine?
EMI-filtreerimine on elektroonikaseadmete projekteerimisel ja valmistamisel oluline aspekt, et tagada töökindel töö ja vastavus elektromagnetilise ühilduvuse (EMC) eeskirjadele.
EMI-filtreerimine on elektromagnetiliste signaalide põhjustatud häirete vähendamise või kõrvaldamise protsess elektroonilises seadmes või süsteemis. See on tehnika, mida kasutatakse soovimatute elektromagnetiliste signaalide (müra) välja filtreerimiseks, mis võivad häirida elektroonikaseadmete tööd või põhjustada elektromagnetilisi häireid.
EMI-filtrid paigutatakse tavaliselt seadme sisendisse või väljundisse ning neid saab paigaldada paneelile või PCB-le. Need koosnevad passiivsete komponentide kombinatsioonist, nagu kondensaatorid, induktiivpoolid ja takistid, mis on ette nähtud EMI nõrgendamiseks või mahasurumiseks teatud sagedusvahemikus. Neid kasutatakse tavaliselt elektroonikaseadmetes, nagu toiteallikad, heliseadmed, arvutisüsteemid ja muud elektroonikaseadmed, millel on kõrge töökindluse ja elektromagnetilise ühilduvuse nõuded.
EMI-filtrid on tavaliselt madalpääsfiltrid, mis võimaldavad madala sagedusega signaalidel läbida, blokeerides samal ajal kõrgsageduslikud signaalid või "müra". Kondensaatorid blokeerivad teatud sagedused, võimaldades samal ajal teistel läbida. Kondensaatorid tühjenevad maapinnale, vähendades seeläbi kõrgsageduslikke signaale. Induktiivpoolid töötavad erinevalt; nad neelavad kõrgsageduslikku energiat ja muudavad selle soojuseks, summutades seega kõrgsageduslikku müra. Kohandatud filtreid saab "häälestada", et need vastaksid konkreetsetele sagedusnõuetele, "muutes" kondensaatorite ja induktiivpoolide kombinatsiooni.
EMI-filtrid võib jagada kahte tüüpi: diferentsiaalrežiimi filtrid ja tavarežiimi filtrid. Diferentsiaalrežiimi filtrid summutavad häireid, mis tekivad kahe signaaliliini vahel, samas kui ühisrežiimi filtrid summutavad häireid, mis tekivad signaaliliini ja maa vahel.
Mis on EMI varjestus?
EMI-varjestus on protsess, mille käigus vähendatakse elektroonikaseadmete või -süsteemide kiirgavat elektromagnetkiirgust ja välditakse väliste elektromagnetiliste signaalide häirimist nende seadmete töös. EMI-varjestus on vajalik, kuna elektromagnetkiirgus võib häirida teiste elektroonikaseadmete tööd ja põhjustada talitlushäireid või tõrkeid. .EMI-varjestus hõlmab juhtivate materjalide (nt vase või alumiiniumi) kasutamist elektromagnetiliste signaalide seadmesse sisenemise või sealt väljumise blokeerimiseks või nõrgendamiseks.
EMI-varjestuse saab saavutada, asetades seadme ümber juhtiva varjestuse (nimetatakse Faraday puuriks) või kattes seadme juhtiva materjaliga. Juhtiv varjestus või kate loob barjääri, mis takistab elektromagnetiliste signaalide sisenemist seadmesse või sealt lahkumist, vähendades seega elektromagnetiliste häirete ohtu. EMI-varjestust saab rakendada elektroonilistele komponentidele, trükkplaatidele, kaablitele või isegi tervetele elektroonilistele seadmetele või süsteemidele.
Filtreerimine vs varjestus
Filtreerimise ja varjestuse vaheline valik sõltub paljudest teguritest, nagu seadme tundlikkus ja genereeritava elektromagnetilise häire hulk. Parima EMI lahenduse valikul mängivad rolli ka juhtivus, suurus ja maksumus.
Varjestus kasutab EMI haldamisel kõikehõlmavat lähenemist, samas kui filtrid on suunatud konkreetsetele EMI piirkondadele. Varjestus peegeldab sissetulevat energiat, tekitades siiski mõningast neeldumist. See energia muudetakse soojuseks ja seetõttu on vaja teatud tüüpi soojusjuhtimist. Lisaks ei mõjuta varjestamiseks kasutatava materjali kvaliteet mitte ainult väljundit, vaid ka süsteemi kaalu ehk paksem varjestus on efektiivsem, aga ka raskem. Samal ajal kui varjestus peegeldab ja summutab EMI, kõrvaldavad filtrid EMI, käsitledes süsteemi haavatavaid punkte, mis tekitavad kõige rohkem häireid. Selle tulemusena saab filtreid kohandada vastavalt konkreetsetele vajadustele.
