Elektromagnetické rušení
Jednoduše řečeno, elektromagnetické rušení (EMI) je účinek elektromagnetických polí (např. rádiové frekvence) na citlivá elektronická zařízení a systémy. Šíří se do překvapivě široké oblasti a může způsobit vážné poškození vašeho systému. Naštěstí existují dvě možná řešení tohoto problému: filtrování a stínění.
Filtrování EMI a stínění jsou dvě různé techniky používané k řešení problému EMI v elektronických zařízeních nebo systémech. U elektronických systémů existují obavy z citlivosti vyzařovaného a vedeného vedení a také vyzařovaných a vedených emisí, které jsou EMI šumem ze systému.
Ale jaký je v tom rozdíl?
Filtrování
Stručná historie potřeb EMI, EMC a ochrany
Ve 30. letech 20. století, kdy se rádia rychle stala nezbytností domácností po celém světě, si uživatelé začali všímat zvláštních účinků frekvencí na další elektronická a elektrická zařízení. Tento jev, známý jako „elektromagnetické rušení“, jasně prokázal potřebu způsobu ochrany zařízení před chybnými rádiovými signály.
Řešení těchto problémů přišlo v roce 1933, kdy Mezinárodní zvláštní výbor pro rádiové rušení (CISPR) Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) v Paříži vydal první doporučení pro minimalizaci EMI. K emisním omezením dochází, když jsou systémy vzájemně propojeny, aby se zajistilo, že hluk generovaný v jednom systému nebude narušovat výkon jiného systému.
Potřeba komplexnějších metod filtrování a stínění EMI a zařízení pro obranné aplikace byla uznána již v roce 1967, kdy letadlová loď USS Forrestal, nasazená v Tonkinském zálivu na podporu amerických sil ve Vietnamu, utrpěla katastrofální požár, když došlo k požáru elektronické anomálie spustila raketu Zuni. To mělo za následek 134 úmrtí a téměř 200 zranění. Později bylo zjištěno, že hlavní příčinou nehody byl nesprávně nainstalovaný konektor stíněného kabelu a vícenásobná elektromagnetická pole na pilotní palubě, která způsobila vzplanutí rakety a zapálení palivové nádrže blízkého letadla.
Později, když se mobilní telefony a další přenosná elektronická zařízení v 90. letech staly běžnějšími, několik leteckých společností si uvědomilo, že signály z těchto a dalších zařízení mohou rušit avioniku, a tak bránit bezpečnému letu nebo navigačním schopnostem letadel. Vojenští vůdci zjistili, že elektromagnetické rušení, ať už přirozené nebo způsobené člověkem, může vážně narušit technologii GNSS (Global Positioning System), takže bezpilotní letadla nemohou spolehlivě létat. Rušení GNSS a EMI způsobené vojenskými aktivitami je pozoruhodným problémem bezpečnosti letů v civilním letectví, který trvá dodnes.
Po rádiovém rušení bylo rozpoznáno mnoho dalších forem EMI, včetně mikrovlnného, infračerveného, gama a rentgenového záření, z nichž každý může být eliminován řadou metod a zařízení. Doporučení CISPR tvoří základ moderního mezinárodního standardu pro Prevence EMI a definujte, jak může elektronická zařízení koexistovat bez rušení ovlivňujícího výkon. Tomu se říká elektromagnetická kompatibilita.
Elektromagnetická kompatibilita (EMC) definuje přijatelnou provozní schopnost elektrického a elektronického zařízení při vystavení vnějším elektromagnetickým zdrojům a při omezení nežádoucí elektromagnetické energie generované uvnitř.
EMC se skládá ze tří aspektů: omezení elektromagnetického rušení generovaného zařízením, náchylnost zařízení k externím zdrojům elektromagnetického rušení a odolnost zařízení při provozu v daném prostředí.
Různé typy elektromagnetického rušení
EMI lze obecně rozdělit do čtyř typů na základě zdroje nebo šířky pásma původního signálu. Úzkopásmové EMI je generováno mobilním telefonem, rádiem nebo TV přenosy, zatímco širokopásmové EMI má širší rádiové spektrum a je generováno neúmyslným zářením ze zdrojů signálu, jako jsou přenosová vedení. V závislosti na zdroji záření lze EMI kategorizovat jako záměrné, neúmyslné, mezisystémové nebo vnitrosystémové:
Neúmyslné nebo "nefunkční" EMI je generováno neúmyslným zařízením, jako je svařovací zařízení, stejnosměrné motory, počítače a elektrické vedení.
-Záměrné EMI (IEMI) je EMI vyzařované speciálně navrženým zařízením, často jako součást systémů elektronického boje, jako jsou elektronická protiopatření a elektromagnetické pulzní (EMP) zbraně.
- Mezisystémové EMI je rušení generované mezi dvěma součástmi systému nebo zařízení, zatímco mezisystémové EMI se vyskytuje mezi dvěma nebo více nezávislými systémy.
Různé typy EMI
Co je filtrování EMI?
Filtrování EMI je důležitým hlediskem při navrhování a výrobě elektronických zařízení pro zajištění spolehlivého provozu a shody s předpisy o elektromagnetické kompatibilitě (EMC).
Filtrování EMI je proces snižování nebo eliminace rušení způsobeného elektromagnetickými signály v elektronickém zařízení nebo systému. Je to technika používaná k odfiltrování nežádoucích elektromagnetických signálů (šumů), které mohou rušit provoz elektronických zařízení nebo způsobovat elektromagnetické rušení.
Filtry EMI jsou obvykle umístěny na vstupu nebo výstupu zařízení a lze je namontovat na panel nebo na desku plošných spojů. Skládají se z kombinace pasivních součástek, jako jsou kondenzátory, tlumivky a rezistory určené k zeslabení nebo potlačení EMI v určitém frekvenčním rozsahu. Běžně se používají v elektronických zařízeních, jako jsou napájecí zdroje, audio zařízení, počítačové systémy a další elektronická zařízení s vysokou spolehlivostí a požadavky na EMC.
Filtry EMI jsou obvykle nízkofrekvenční filtry, které umožňují průchod nízkofrekvenčních signálů a zároveň blokují vysokofrekvenční signály nebo „šum“. Kondenzátory blokují určité frekvence, zatímco jiné umožňují průchod. Kondenzátory se vybíjejí do zemní plochy, čímž se snižují vysokofrekvenční signály. Induktory fungují jinak; absorbují vysokofrekvenční energii a přeměňují ji na teplo, čímž potlačují vysokofrekvenční šum. Vlastní filtry lze „vyladit“ tak, aby splňovaly specifické požadavky na frekvenci „vyladěním“ kombinace kondenzátorů a induktorů.
Filtry EMI lze rozdělit do dvou typů: filtry s diferenciálním režimem a filtry se společným režimem. Filtry v diferenciálním režimu tlumí rušení, ke kterému dochází mezi dvěma signálovými vedeními, zatímco filtry v běžném režimu tlumí rušení, ke kterému dochází mezi signálovým vedením a zemí.
Co je stínění EMI?
Stínění EMI je proces snižování elektromagnetického záření vyzařovaného elektronickými zařízeními nebo systémy a zabránění externím elektromagnetickým signálům v rušení provozu těchto zařízení. Stínění EMI je nezbytné, protože elektromagnetické záření může rušit provoz jiných elektronických zařízení a způsobit poruchy nebo chyby. Stínění proti EMI zahrnuje použití vodivých materiálů, jako je měď nebo hliník, k blokování nebo zeslabování elektromagnetických signálů před vstupem nebo výstupem ze zařízení.
Stínění EMI lze dosáhnout umístěním vodivého stínění (nazývaného Faradayova klec) kolem zařízení nebo potažením zařízení vodivým materiálem. Vodivé stínění nebo povlak vytváří bariéru, která zabraňuje elektromagnetickým signálům vstupovat nebo opouštět zařízení, čímž se snižuje riziko elektromagnetického rušení. Stínění EMI lze aplikovat na elektronické součástky, desky s obvody, kabely nebo dokonce na celá elektronická zařízení nebo systémy.
Filtrování vs. stínění
Volba mezi filtrováním a stíněním závisí na řadě faktorů, jako je citlivost zařízení a množství EMI, které bude generováno. Vodivost, velikost a cena také hrají roli při výběru nejlepšího řešení EMI.
Shielding využívá komplexní přístup ke správě EMI, zatímco filtry se zaměřují na konkrétní oblasti EMI. Stínění odráží příchozí energii a přitom stále generuje určitou absorpci. Tato energie se přeměňuje na teplo, a proto vyžaduje určitý typ tepelného managementu. Navíc kvalita materiálu použitého na stínění ovlivňuje nejen výkon, ale také hmotnost systému, tj. silnější stínění je efektivnější, ale také těžší. Zatímco stínění odráží a potlačuje EMI, filtry eliminují EMI tím, že řeší zranitelná místa v systému, která generují nejvíce rušení. V důsledku toho lze filtry přizpůsobit tak, aby vyhovovaly konkrétním potřebám.