مقدمه ای بر نکات دانش حفاظت الکترومغناطیسی EMI

به عنوان یک مهندس الکترونیک، نویز و تشعشع در همه جا وجود دارد و به عنوان یک طراح الکترونیکی، داشتن دانش در مورد محافظ الکترومغناطیسی EMI ضروری است و این دانش و راه حل ها به طور گسترده برای بهبود تجهیزات در برابر تداخل الکترومغناطیسی خارجی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

معادلات ماکسول نشان می دهد که هرگاه جریان از یک هادی عبور کند، میدان مغناطیسی ایجاد می شود و آن میدان مغناطیسی یک میدان الکتریکی ایجاد می کند. خواص تشعشعی میدان های الکتریکی و مغناطیسی را گسیل تابشی می نامند. این انتشارات تشعشعی باعث ایجاد مشکلاتی در مدار یا کل برد مدار چاپی (PCB) می شود. در یک مدار ایده آل، سیگنال ساطع شده توسط خود مدار فقط شامل جریان و ولتاژ است، اما در دنیای واقعی، نویز یک مشکل اجتناب ناپذیر است. این زمانی اتفاق می افتد که در سیگنال مدار اختلال ایجاد شود. با توجه به ماهیت سیگنال های الکترومغناطیسی، نمی توان از وجود نویز جلوگیری کرد، اما اثرات آن را می توان تا حد زیادی کاهش داد. لازم به ذکر است که یک دستگاه در حین کار تحت تأثیر دستگاه های دیگر قرار نمی گیرد، همانطور که دستگاه تحت تأثیر دستگاه های دیگر قرار نمی گیرد، حساسیت الکترومغناطیسی توانایی یک سیستم مدار برای فعال ماندن در هنگام اختلال است. این حساسیت به سطح نویز اعمال شده بستگی خواهد داشت و کاربردهای مختلف مانند خودرو، پزشکی، نظامی و غیره دارای درجات مختلفی از حساسیت مغناطیسی هستند. هر مدار، دستگاه یا سیستم باید به گونه ای مناسب طراحی شود که سطوح تشعشع را به حداقل برساند به طوری که فقط به سطوح بالای میدان های الکترومغناطیسی حساس باشد.

گواهینامه EMC

گواهینامه سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) یک مرحله اجباری برای هر محصول برای عرضه به بازار است و هر محصول باید یک تست EMC را پشت سر بگذارد تا اطمینان حاصل شود که بدون تأثیر بر تجهیزات دیگر (مثلاً آزمایش تشعشع) نصب شده است و حتی اگر سیستم های دیگر در اطراف وجود داشته باشد. (مثلاً تست حساسیت).

به طور معمول، لوازم الکترونیکی در محفظه ها قرار می گیرند، و محفظه های فلزی در محدود کردن محافظ الکترومغناطیسی عالی هستند، اما نسبتا ناقص هستند. سوراخ ها یا شکاف هایی در محل اتصال PCB و محفظه ظاهر می شوند و میدان های الکترومغناطیسی می توانند از آنها عبور کنند. به طور خلاصه، محافظ EMI برای پوشاندن این سوراخ ها یا شکاف ها است. علاوه بر این، در بسیاری از طراحی های محصول یک مشکل رایج وجود دارد: گواهینامه EMC تنها در آخرین مرحله از چرخه طراحی در نظر گرفته می شود، در این صورت طرح کلی در این مرحله منجمد می شود و مهندسان EMC جایی برای اصلاح طراحی محصول ندارند. . حل مسائل مربوط به الکترومغناطیسی بنابراین، مجموعه کاملی از ابزارها و محیط زیست، بدون نیاز به اصلاح مجدد PCB، نقش مهمی در محافظ EMI ایفا می کند. کوچک‌سازی و کارایی بالا همیشه یک روند جهانی در توسعه محصولات الکترونیکی بوده است و PCB‌ها زمان خیز کوتاه‌تر و کوتاه‌تر و مدارهای دیجیتال سریع‌تر و سریع‌تری دارند. هر چه زمان خیز کوتاهتر باشد، پهنای باند بزرگتر و در عین حال طول موج کمتر می شود. هنگامی که طول موج های مدار با ابعاد فیزیکی PCB قابل مقایسه باشد، مشکلات خاصی ایجاد می شود. اگر این طول موج ها به اندازه کافی کوچک باشند، ممکن است به بیرون برسند و باعث تداخل با تجهیزات دیگر شوند. این دهانه ها را می توان با محافظ EMI (یعنی با مواد مغناطیسی که به پوشاندن این سوراخ های کوچک و بهبود اثر قفس فارادی محفظه مکانیکی کمک می کند) بسته شود.

اثربخشی محافظ EMI و عمق پوست را محاسبه کنید

سپرهای بی‌شماری EMI در مواد و اشکال مختلف وجود دارند، اما به طور کلی هدف نهایی محدود کردن میدان‌های الکترومغناطیسی است. عنصر محافظ به عنوان یک مانع در برابر تشعشعات الکترومغناطیسی عمل می کند، در واقع فرآیند این روش محافظ دارای تضعیف عظیمی است که بستگی به موج الکترومغناطیسی و مواد عنصر محافظ دارد. هنگامی که امواج به مواد محافظ برخورد می کنند، دو موج جدید تولید، منعکس و منتقل می شوند. بنابراین انرژی موج فرودی به این دو موج تقسیم می شود. جزء ارسالی جزء کلیدی مربوطه است و موج از مواد محافظ به بیرون عبور می کند. اثربخشی سپر توانایی آن را در تضعیف این جزء تعیین می کند. عمق پوست فاصله ای است که یک موج می تواند طی کند قبل از اینکه دامنه آن به 1/e کاهش یابد، پارامتری که به عوامل نفوذپذیری مواد، فرکانس و مقاومت بستگی دارد و می توان با عبارت زیر تقریب زد:

نکته: σ نشان دهنده رسانایی، μ نشان دهنده نفوذپذیری، F نشان دهنده فرکانس است

هدف از استفاده از مواد محافظ، به حداقل رساندن دامنه موج پس از عبور آن است. بنابراین، انتخاب نوع مواد مناسب و ضخامت t آن بسیار مهم است تا اطمینان حاصل شود که تمام فرکانس‌های سیستم ضعیف می‌شوند. اینکه مواد محافظ در این کار چقدر خوب عمل می کند به اثربخشی محافظ (SE) به شرح زیر بستگی دارد:

نکته: عبارت اول نشان دهنده از دست دادن بازتاب و عبارت دوم نشان دهنده از دست دادن جذب است.

انواع محافظ EMI نوع محافظ EMI تا حد زیادی به نوع محصول، نیازهای الکترومغناطیسی و شرایط محیطی بستگی دارد. رایج ترین سپرهای EMI به شرح زیر است: - واشر EMI - نوار محافظ EMI - گیره فلزی - کابینت محافظ واشر EMI واشر EMI برای پوشاندن ریز سوراخ های نامنظم اما موجود بین دو سطح مکانیکی استفاده می شود. بهبود اتصال زمین آنها دارای بخش های چسبنده و پروفیل های زیادی هستند که به راحتی می توانند در انواع مختلف اتصالات مکانیکی قرار گیرند.

نوار محافظ EMI نوار EMC اولین انتخابی است که می خواهید مطمئن شوید همه میکروویاها پوشانده شده اند، اما فضای عمودی زیادی برای گزینه هایی مانند واشر EMI ندارید. این نوارها دارای یک ماده بسیار رسانا (مانند نیکل یا مس) در بالا و چسب در طرف دیگر هستند.

گیره های فلزی هر وسیله ای به سیم زمین کوتاه، عریض و مستقیم نیاز دارد و اگر این اتصال به خوبی انجام نشود تک قطبی های ناخواسته ای ایجاد می شود که میدان های الکترومغناطیسی تابشی ایجاد می کند. گیره های فلزی این اتصال را بهبود می بخشد و اتصال مکانیکی را تقویت می کند. کابینت‌های محافظ برای منابع تداخلی مانند پردازنده‌ها، آی‌سی‌های ذخیره‌سازی و سطوح فرکانس رادیویی (RF)، استفاده از کابینت‌های محافظ برای محافظت فردی روی لایه PCB یک انتخاب عالی است.

نتیجه گیری همه مدارها تابش الکترومغناطیسی ساطع می کنند و به راحتی توسط مدارهای دیگر تابش می شوند. دریافت گواهینامه های مورد نیاز برای عرضه محصول شما به بازار می تواند یک فرآیند آزمایش دردناک باشد. اشکال و انواع مختلف محافظ EMI برای حل مشکلات EMI اساسی هستند.