Wat is elektromagnetische compatibiliteit (EMC) en hoe kun je dit optimaliseren?

09 juli 2018

Bij elektronische apparatuur – die in de industrie steeds vaker wordt ingezet – is elektromagnetische compatibiliteit (EMC) een belangrijk aandachtspunt. In het kort gezegd, betekent dit de gevoeligheid voor elektromagnetische straling die van buitenaf komt, of die juist door de apparatuur wordt uitgezonden. Bij het steeds geavanceerder en belangrijker worden van elektronica krijgt het onderwerp steeds meer aandacht, zeker bij precisietoepassingen als elektronica-productie of in kwetsbare situaties, waaronder medische apparatuur. Maar er zijn talloze andere situaties te bedenken. In dit artikel vindt u meer achtergronden en tips.

In dit verband is het goed om drie aspecten te onderscheiden:

Elektromagnetische interferentie (EMI): het uitzenden en mogelijk opvangen van elektromagnetische straling
Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): eigenschappen van apparatuur die in een omgeving met EMI worden gebruikt; het wordt ook gebruikt voor het beschrijven van maatregelen (waaronder inspectieprotocollen, ontwerp en metingen) die worden genomen om bij straling het schadelijke effect te voorkomen of te beperken.
Elektromagnetische koppeling: de interactie van twee apparaten die elektromagnetische straling uitzenden of ontvangen.

Elektromagnetische interferentie (EMI) is er in twee vormen. Vaak wordt dit ook ruis genoemd – zowel ontstaan op natuurlijke/spontane wijze of veroorzaakt door mensen.

Continue interferentie treedt op als de bron het signaal constant uitzendt. Deze kunnen zowel hoorbaar zijn (denk daarbij aan de brom van elektrische voedingen, elektriciteitslijnen, luidsprekers of gewoonweg het FM-signaal van de radio. Maar we kunnen ook denken aan zonne-activiteit of constant werkende vonk-openingen (in het geval van booglassen).
Puls interferentie (ofwel elektromagnetische pulsen (EMP)). Deze treden kortstondig op, bijvoorbeeld bij het bedienen van een (licht) schakelaar, bij een ontlading of bij elektronische ontstekingsmechanismen zoals die in brandstofmotoren terug zijn te vinden.

Sterke interferentie kan schadelijk zijn voor apparatuur, vandaar dat dit beperkt kan worden tot een acceptabel risiconiveau binnen elektromagnetische compliance (EMC). Hiervoor is het nodig dat de bedreiging wordt gekarakteriseerd; waarden worden onderscheiden voor de uitstraling en grensniveaus; ontwerpen en testen van overeenstemming met de standaarden.

Elektromagnetische koppeling

Een schakeling kan een elektromagnetisch effect hebben, die wordt overgebracht op een kabel of apparatuur: elektromagnetische koppeling.

Dat kan gebeuren op een aantal manieren:

Conductief (via een kabel)
Inductief (de twee apparaten bevinden zich op korte afstand van elkaar – minder dan een golflengte). Het gaat hier dan om een magnetische koppeling.
Capacitief. Hierbij bevinden twee apparaten zich ook op korte afstand (minder dan een golflengte) van elkaar maar is er sprake van een elektrisch veld
Magnetisch. Hierbij bevinden twee apparaten zich op korte afstand (minder dan een golflengte) van elkaar maar is er sprake van een magnetisch veld
Straling of elektromagnetisch. Dit kan optreden over grotere afstanden (meer dan een golflengte). Het elektromagnetische signaal wordt door de ruimte gestuurd en opgevangen door een tweede apparaat.

EMC ontwerpen hebben als doel om de mogelijke ongewenste elektromagnetische koppelingen te beperken. Dat kan onder meer door het aarden en afschermen van kabels, behuizingen en componenten onderling voor EMI. Dat kan gebeuren door maatregelen te nemen:

Het instellen van een of meer filters
Technieken die worden toegepast bij spanningslijnen
Vermijden van constructies die als antenne kunnen werken
Vermijden van ongewilde verbindingen tussen elementen, bijvoorbeeld tussen metalen constructies bij transmitters.

Handzame tips om EMI te verlagen:

Scheiden van bronnen van ruis buiten de rest van het ontwerp
Vermijd onnodige schakelingen – en als het nodig is, laat dit zo langzaam als technisch mogelijk is gebeuren.
Probeer om verschillende onderdelen van het ontwerp straling te laten zenden op verschillende frequenties
Toepassen van harmonischen filters
Maak een ontwerp dat werkt met een laag energieniveau waardoor de uitstoot wordt verminderd.
Gebruik zekeringen en circuit onderbrekers
Gebruik van afgeschermde kabels of behuizingen
Maak het ontwerp geschikt voor hogere signaalniveaus, waardoor relatieve ruis lager uitvalt
Bj digitale circuits kunnen foutcorrecties worden ingebouwd, zowel software- als hardwarematig of in combinatie van de twee.

Testen op EMC

Apparatuur moet worden getest om te controleren of het aan de gestelde standaarden voldoet. Meestal gebeurt dat met de open-lucht als referentiewaarde. In specifieke gevallen worden de testen in een EMC testomgeving uitgevoerd. Ook kunnen virtuele simulaties worden gebruikt om apparatuur virtueel aan een testprocedure te onderwerpen. Het spreekt voor zich dat de gebruikte EMC testapparatuur goed is gekalibreerd en onderhouden.

Stralingstest

Een stralingstest kan worden uitgevoerd om de veldsterkte van de emissie van een apparaat of kabel te onderzoeken. Dit heeft echter alleen maar zin als het te testen apparaat (of kabel) bedoeld is om dichtbij andere elektrische installaties te worden gemonteerd. Voor dergelijke testen wordt veelal een spectrumanalyser gebruikt die de frequentiebanden van de straling in kaart brengt. Er zijn ook specifieke EMC of EMI test-apparaten ontwikkeld. Die houden rekening met de internationale standaarden voor EMC.