รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับจุดความรู้ของการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า EMI

ในฐานะที่เป็นวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ เสียงและรังสีมีอยู่ทุกที่ และในฐานะนักออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า EMI และความรู้และวิธีแก้ปัญหาเหล่านี้จะถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการปรับปรุงอุปกรณ์จากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายนอก

สมการของ Maxwell แสดงให้เห็นว่าเมื่อใดก็ตามที่กระแสไหลผ่านตัวนำ สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้น และสนามแม่เหล็กนั้นจะสร้างสนามไฟฟ้า คุณสมบัติการแผ่รังสีของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเรียกว่าการแผ่รังสี การปล่อยรังสีเหล่านี้จะก่อให้เกิดปัญหาในวงจรหรือแผงวงจรพิมพ์ทั้งหมด (PCB) ในวงจรอุดมคติ สัญญาณที่ปล่อยออกมาจากวงจรนั้นรวมเฉพาะกระแสและแรงดันเท่านั้น แต่ในโลกแห่งความเป็นจริง สัญญาณรบกวนเป็นปัญหาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อมีการรบกวนสัญญาณวงจร เนื่องจากธรรมชาติของสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า จึงไม่สามารถหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนได้ แต่ผลกระทบจะลดลงอย่างมาก ควรสังเกตว่าอุปกรณ์จะไม่ได้รับผลกระทบจากอุปกรณ์อื่นในระหว่างการทำงาน เช่นเดียวกับอุปกรณ์จะไม่ได้รับผลกระทบจากอุปกรณ์อื่น ความไวต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือความสามารถของระบบวงจรที่จะยังคงทำงานได้เมื่อถูกรบกวน ความไวนี้จะขึ้นอยู่กับระดับเสียงรบกวนที่ใช้ และการใช้งานต่างๆ เช่น ยานยนต์ การแพทย์ การทหาร ฯลฯ มีระดับความไวต่อแม่เหล็กต่างกัน ทุกวงจร อุปกรณ์ หรือระบบต้องได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมเพื่อลดระดับการแผ่รังสีให้เหลือน้อยที่สุด เพื่อให้มีความไวต่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับสูงเท่านั้น

การรับรองอีเอ็มซี

การรับรองความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) เป็นขั้นตอนบังคับสำหรับผลิตภัณฑ์ใด ๆ ที่ออกสู่ตลาด และผลิตภัณฑ์ทุกชิ้นต้องผ่านการทดสอบ EMC เพื่อให้แน่ใจว่ามีการติดตั้งโดยไม่ส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์อื่น ๆ (เช่น การทดสอบการแผ่รังสี) และแม้ว่าระบบอื่น ๆ จะอยู่รอบ ๆ (เช่น การทดสอบความไว)

โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะอยู่ในกล่องหุ้ม และกล่องหุ้มโลหะจะจำกัดการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี แต่ก็ค่อนข้างไม่สมบูรณ์ รูหรือช่องต่างๆ ปรากฏขึ้นที่รอยต่อระหว่าง PCB และตัวเครื่อง และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถผ่านเข้าไปได้ กล่าวโดยย่อคือ การป้องกัน EMI คือการปิดรูหรือช่องเหล่านี้ นอกจากนี้ มีปัญหาทั่วไปในการออกแบบผลิตภัณฑ์จำนวนมาก: การรับรอง EMC จะพิจารณาในขั้นตอนล่าสุดของวงจรการออกแบบเท่านั้น ซึ่งในกรณีนี้การออกแบบโดยรวมจะถูกหยุดในขั้นตอนนี้ และวิศวกรของ EMC ไม่มีที่ว่างให้แก้ไขการออกแบบผลิตภัณฑ์ . แก้ปัญหาเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้น ชุดเครื่องมือและระบบนิเวศที่สมบูรณ์โดยไม่จำเป็นต้องดัดแปลง PCB อีก จึงมีบทบาทสำคัญในการป้องกัน EMI การย่อขนาดและประสิทธิภาพสูงเป็นแนวโน้มระดับโลกในการพัฒนาผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มาโดยตลอด และ PCB มีเวลาเพิ่มขึ้นที่สั้นลงและวงจรดิจิทัลที่เร็วขึ้นและเร็วขึ้น ยิ่งเวลาเพิ่มขึ้นสั้นลง แบนด์วิดท์ก็จะยิ่งมากขึ้น และในขณะเดียวกันก็มีความยาวคลื่นน้อยลงด้วย ปัญหาบางอย่างเกิดขึ้นเมื่อความยาวคลื่นในวงจรเทียบได้กับขนาดทางกายภาพของ PCB หากความยาวคลื่นเหล่านี้น้อยพอ อาจส่งไปถึงภายนอกและรบกวนอุปกรณ์อื่นได้ ช่องเปิดเหล่านี้สามารถปิดได้ด้วยการป้องกัน EMI (นั่นคือด้วยวัสดุแม่เหล็กที่ช่วยปิดรูเล็กๆ เหล่านี้และปรับปรุงเอฟเฟ็กต์กรงฟาราเดย์ของตู้กลไก)

คำนวณประสิทธิภาพการป้องกัน EMI และความลึกของผิว

แผ่นป้องกัน EMI นับไม่ถ้วนมาในวัสดุและรูปร่างที่แตกต่างกัน แต่โดยทั่วไปแล้ว เป้าหมายสูงสุดคือการจำกัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า องค์ประกอบป้องกันทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า อันที่จริง กระบวนการของวิธีการป้องกันนี้มีการลดทอนอย่างมาก ซึ่งจะขึ้นอยู่กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและวัสดุขององค์ประกอบป้องกัน เมื่อคลื่นกระทบวัสดุป้องกัน คลื่นใหม่ 2 คลื่นจะถูกสร้างขึ้น สะท้อนกลับและส่งผ่าน ดังนั้นพลังงานของคลื่นที่ตกกระทบจะถูกแยกออกเป็นสองคลื่นนี้ ส่วนประกอบที่ส่งผ่านเป็นส่วนประกอบหลักที่เกี่ยวข้อง และคลื่นจะผ่านวัสดุป้องกันออกไปด้านนอก ประสิทธิภาพของโล่จะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการลดทอนส่วนประกอบนี้ ความลึกของผิวคือระยะทางที่คลื่นสามารถเดินทางได้ก่อนที่แอมพลิจูดของคลื่นจะลดลงเป็น 1/e ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับปัจจัยของการซึมผ่านของวัสดุ ความถี่ และสภาพต้านทาน และสามารถประมาณค่าได้โดยใช้นิพจน์ต่อไปนี้:

หมายเหตุ: σ แทนการนำไฟฟ้า μ แทนการซึมผ่าน F แทนความถี่

จุดประสงค์ของการใช้วัสดุป้องกันคือเพื่อลดความกว้างของคลื่นหลังจากที่ผ่านไปแล้ว ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องเลือกประเภทวัสดุที่เหมาะสมและความหนา t เพื่อให้แน่ใจว่าความถี่ทั้งหมดของระบบถูกลดทอน วัสดุป้องกันทำงานได้ดีเพียงใดขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการป้องกัน (SE) ดังนี้:

หมายเหตุ: คำแรกแสดงถึงการสูญเสียการสะท้อน และคำที่สองแสดงถึงการสูญเสียการดูดซับ

ประเภทของการป้องกัน EMI ประเภทของการป้องกัน EMI ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับประเภทของผลิตภัณฑ์ ข้อกำหนดทางแม่เหล็กไฟฟ้า และสภาวะแวดล้อม แผงป้องกัน EMI ที่พบมากที่สุดมีดังนี้: - ปะเก็น EMI - เทปป้องกัน EMI - คลิปโลหะ - ตู้ที่มีฉนวน ปะเก็น EMI ปะเก็น EMI ใช้เพื่อปิดรูขนาดเล็กที่ผิดปกติแต่มีอยู่แล้วระหว่างพื้นผิวเชิงกลสองพื้นผิว ปรับปรุงการเชื่อมต่อภาคพื้นดิน มีส่วนเหนียวและโปรไฟล์จำนวนมาก จึงสามารถประกอบเข้ากับข้อต่อเชิงกลประเภทต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย

เทปป้องกัน EMI เทป EMC เป็นตัวเลือกแรกเมื่อคุณต้องการให้แน่ใจว่าครอบคลุมไมโครเวียทั้งหมด แต่ไม่มีพื้นที่แนวตั้งมากนักสำหรับตัวเลือกต่างๆ เช่น ปะเก็น EMI เทปเหล่านี้มีวัสดุที่นำไฟฟ้าได้สูง (เช่น นิกเกิลหรือทองแดง) ที่ด้านบนและกาวที่อีกด้านหนึ่ง

คลิปโลหะ อุปกรณ์ใดๆ ก็ตามต้องการสายกราวด์ที่สั้น กว้าง และเป็นแนวตรง และหากการเชื่อมต่อนี้ทำได้ไม่ดี โมโนโพลที่ไม่ต้องการจะก่อตัวขึ้น ซึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมา คลิปโลหะช่วยปรับปรุงการเชื่อมต่อนี้และทำให้การเชื่อมต่อทางกลแข็งแรงขึ้น ตู้ป้องกัน สำหรับแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวน เช่น CPU, IC ที่เก็บข้อมูล และระดับความถี่วิทยุ (RF) เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมในการใช้ตู้ป้องกันสำหรับการป้องกันแต่ละชั้นบน PCB

สรุป วงจรทั้งหมดปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและแผ่รังสีได้ง่ายจากวงจรอื่น การได้รับการรับรองที่จำเป็นเพื่อนำผลิตภัณฑ์ของคุณออกสู่ตลาดอาจเป็นขั้นตอนการทดสอบที่เจ็บปวด รูปแบบและประเภทต่างๆ ของการป้องกัน EMI เป็นพื้นฐานของการแก้ปัญหา EMI