Elektromagnetische Interferenz
Einfach ausgedrückt ist elektromagnetische Interferenz (EMI) die Wirkung elektromagnetischer Felder (z. B. Hochfrequenz) auf empfindliche elektronische Geräte und Systeme. Es breitet sich über einen überraschend großen Bereich aus und kann Ihrem System ernsthaften Schaden zufügen. Glücklicherweise gibt es zwei mögliche Lösungen für dieses Problem: Filtern und Abschirmen.
EMI-Filterung und -Abschirmung sind zwei verschiedene Techniken, mit denen das Problem der EMI in elektronischen Geräten oder Systemen angegangen wird. Bei elektronischen Systemen gibt es Bedenken hinsichtlich abgestrahlter und leitungsgebundener Empfindlichkeiten sowie abgestrahlter und leitungsgebundener Emissionen, bei denen es sich um elektromagnetische Störungen des Systems handelt.
Aber was ist der Unterschied?
Filtern
Eine kurze Geschichte der EMI-, EMV- und Schutzbedürfnisse
In den 1930er Jahren, als Radios schnell zu einem alltäglichen Bedarfsgegenstand auf der ganzen Welt wurden, begannen die Benutzer, die seltsamen Auswirkungen von Frequenzen auf andere elektronische und elektrische Geräte zu bemerken. Dieses als „elektromagnetische Interferenz“ bekannte Phänomen zeigte deutlich die Notwendigkeit einer Möglichkeit, Geräte vor fehlerhaften Funksignalen zu schützen.
Die Lösung dieser Probleme kam 1933, als das Internationale Sonderkomitee für Funkstörungen (CISPR) der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) in Paris die ersten Empfehlungen zur Minimierung elektromagnetischer Störungen herausgab. Emissionsbeschränkungen treten auf, wenn Systeme miteinander verbunden sind, um sicherzustellen, dass der in einem System erzeugte Lärm die Leistung eines anderen Systems nicht beeinträchtigt.
Der Bedarf an umfassenderen Methoden und Geräten zur EMI-Filterung und -Abschirmung für Verteidigungsanwendungen wurde bereits 1967 erkannt, als der Flugzeugträger USS Forrestal, der im Golf von Tonkin zur Unterstützung der US-Streitkräfte in Vietnam stationiert war, bei einem elektronischen Angriff einen verheerenden Brand erlitt Anomalie löste eine Zuni-Rakete aus. Dabei kamen 134 Menschen ums Leben und fast 200 wurden verletzt. Später wurde festgestellt, dass die Hauptursache des Unfalls ein falsch installierter abgeschirmter Kabelstecker und mehrere elektromagnetische Felder auf dem Flugdeck waren, die dazu führten, dass die Rakete Feuer fing und den Treibstofftank eines nahegelegenen Flugzeugs entzündete.
Später, als Mobiltelefone und andere tragbare elektronische Geräte in den 1990er Jahren immer häufiger zum Einsatz kamen, erkannten mehrere Fluggesellschaften, dass Signale von diesen und anderen Geräten die Avionik stören und so den sicheren Flug oder die Navigationsfähigkeiten von Flugzeugen beeinträchtigen könnten. Militärführer haben herausgefunden, dass elektromagnetische Störungen, ob natürlich oder vom Menschen verursacht, die Technologie des Global Positioning System (GNSS) ernsthaft beeinträchtigen können, wodurch unbemannte Luftfahrzeuge nicht mehr zuverlässig fliegen können. Durch militärische Aktivitäten verursachte GNSS-Störungen und elektromagnetische Störungen sind ein erhebliches Problem der Flugsicherheit in der Zivilluftfahrt, das bis heute anhält.
Nach Funkstörungen wurden viele andere Formen von EMI erkannt, darunter Mikrowellen-, Infrarot- sowie Gamma- und Röntgenstrahlen, die jeweils durch eine Reihe von Methoden und Geräten beseitigt werden können. Die CISPR-Empfehlungen bilden die Grundlage des modernen internationalen Standards für EMI-Verhinderung und Definition, wie elektronische Geräte ohne Beeinträchtigung der Leistung koexistieren können. Dies nennt man elektromagnetische Verträglichkeit.
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) definiert die akzeptable Betriebsfähigkeit elektrischer und elektronischer Geräte, wenn sie externen elektromagnetischen Quellen ausgesetzt sind und intern erzeugte unerwünschte elektromagnetische Energie begrenzt werden.
EMV besteht aus drei Aspekten: der Begrenzung der vom Gerät erzeugten elektromagnetischen Störstrahlung, der Anfälligkeit des Geräts gegenüber externen elektromagnetischen Störquellen und der Immunität des Geräts beim Betrieb in einer bestimmten Umgebung.
Verschiedene Arten elektromagnetischer Störungen
EMI können im Allgemeinen basierend auf der Quelle oder Bandbreite des Originalsignals in vier Typen eingeteilt werden. Schmalband-EMI wird durch Mobiltelefon-, Radio- oder Fernsehübertragungen erzeugt, während Breitband-EMI ein breiteres Funkspektrum aufweist und durch unbeabsichtigte Strahlung von Signalquellen wie Stromübertragungsleitungen erzeugt wird. Abhängig von der Strahlungsquelle können elektromagnetische Störungen in absichtliche, unbeabsichtigte, systemübergreifende oder systeminterne elektromagnetische Störungen eingeteilt werden:
Unbeabsichtigte oder „nicht funktionierende“ elektromagnetische Störungen werden durch unbeabsichtigte Geräte wie Schweißgeräte, Gleichstrommotoren, Computer und Stromleitungen erzeugt.
-Absichtliche EMI (IEMI) ist EMI, die von speziell entwickelten Geräten emittiert wird, oft als Teil elektronischer Kriegsführungssysteme wie elektronische Gegenmaßnahmen und Waffen mit elektromagnetischen Impulsen (EMP).
-Intersystem-EMI ist eine Interferenz, die zwischen zwei Komponenten eines Systems oder Geräts erzeugt wird, während Intersystem-EMI zwischen zwei oder mehr unabhängigen Systemen auftritt.
Verschiedene Arten von EMI
Was ist EMI-Filterung?
Die EMI-Filterung ist ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung und Herstellung elektronischer Geräte, um einen zuverlässigen Betrieb und die Einhaltung der Vorschriften zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sicherzustellen.
Bei der EMI-Filterung handelt es sich um den Prozess der Reduzierung oder Eliminierung von Störungen, die durch elektromagnetische Signale in einem elektronischen Gerät oder System verursacht werden. Dabei handelt es sich um eine Technik zum Herausfiltern unerwünschter elektromagnetischer Signale (Rauschen), die den Betrieb elektronischer Geräte beeinträchtigen oder elektromagnetische Störungen verursachen können.
EMI-Filter werden normalerweise am Eingang oder Ausgang eines Geräts platziert und können auf einer Schalttafel oder auf einer Leiterplatte montiert werden. Sie bestehen aus einer Kombination passiver Komponenten wie Kondensatoren, Induktivitäten und Widerstände, die dazu dienen, elektromagnetische Störungen in einem bestimmten Frequenzbereich zu dämpfen oder zu unterdrücken. Sie werden häufig in elektronischen Geräten wie Netzteilen, Audiogeräten, Computersystemen und anderen elektronischen Geräten mit hohen Zuverlässigkeits- und EMV-Anforderungen verwendet.
EMI-Filter sind in der Regel Tiefpassfilter, die niederfrequente Signale durchlassen, während sie hochfrequente Signale oder „Rauschen“ blockieren. Kondensatoren blockieren bestimmte Frequenzen, während sie andere durchlassen. Kondensatoren entladen sich in die Masseebene und reduzieren dadurch Hochfrequenzsignale. Induktoren funktionieren anders; Sie absorbieren hochfrequente Energie, wandeln sie in Wärme um und unterdrücken so hochfrequente Geräusche. Benutzerdefinierte Filter können „abgestimmt“ werden, um bestimmte Frequenzanforderungen zu erfüllen, indem die Kombination von Kondensatoren und Induktivitäten „optimiert“ wird.
EMI-Filter können in zwei Typen unterteilt werden: Differenzmodusfilter und Gleichtaktfilter. Differenzialfilter dämpfen Störungen, die zwischen zwei Signalleitungen auftreten, während Gleichtaktfilter Störungen dämpfen, die zwischen einer Signalleitung und Masse auftreten.
Was ist EMI-Abschirmung?
Bei der EMI-Abschirmung geht es darum, die von elektronischen Geräten oder Systemen emittierte elektromagnetische Strahlung zu reduzieren und zu verhindern, dass externe elektromagnetische Signale den Betrieb dieser Geräte beeinträchtigen. Die EMI-Abschirmung ist notwendig, da elektromagnetische Strahlung den Betrieb anderer elektronischer Geräte beeinträchtigen und Fehlfunktionen oder Fehler verursachen kann Bei der EMI-Abschirmung werden leitfähige Materialien wie Kupfer oder Aluminium verwendet, um elektromagnetische Signale daran zu hindern oder zu dämpfen, in das Gerät einzudringen oder es zu verlassen.
Eine EMI-Abschirmung kann erreicht werden, indem eine leitfähige Abschirmung (ein sogenannter Faraday-Käfig) um das Gerät herum angebracht oder das Gerät mit leitfähigem Material beschichtet wird. Die leitfähige Abschirmung oder Beschichtung bildet eine Barriere, die verhindert, dass elektromagnetische Signale in das Gerät eindringen oder es verlassen, und reduziert so das Risiko elektromagnetischer Störungen. Die EMI-Abschirmung kann auf elektronische Komponenten, Leiterplatten, Kabel oder sogar ganze elektronische Geräte oder Systeme angewendet werden.
Filterung vs. Abschirmung
Die Wahl zwischen Filterung und Abschirmung hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, beispielsweise der Empfindlichkeit des Geräts und der Menge der erzeugten elektromagnetischen Störungen. Auch Leitfähigkeit, Größe und Kosten spielen bei der Wahl der besten EMI-Lösung eine Rolle.
Die Abschirmung verfolgt einen umfassenden Ansatz für das EMI-Management, während Filter auf bestimmte EMI-Bereiche abzielen. Die Abschirmung reflektiert die einfallende Energie und erzeugt dennoch eine gewisse Absorption. Diese Energie wird in Wärme umgewandelt und erfordert daher eine Art Wärmemanagement. Darüber hinaus beeinflusst die Qualität des zur Abschirmung verwendeten Materials nicht nur die Leistung, sondern auch das Gewicht des Systems, dh eine dickere Abschirmung ist effektiver, aber auch schwerer. Während die Abschirmung EMI reflektiert und unterdrückt, eliminieren Filter EMI, indem sie die gefährdeten Punkte im System ansprechen, die die meisten Störungen erzeugen. Dadurch können Filter an spezifische Anforderungen angepasst werden.
