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EMI zwingt SpaceShipTwo von Virgin Galactic zur Erde zurück: Schützen Sie sich vor solchen Ereignissen

Wie wichtig der Umgang mit elektromagnetischer Interferenz (EMI, auch Radiofrequenzinterferenz oder RFI genannt) in elektronischen Systemen ist, wurde mir wieder einmal vor Augen geführt, als ich mir das Protokoll der jüngsten Gewinnmitteilung von Virgin Galactic durchlas, in dem die Aussage enthalten war: „Während des Testflugs im Dezember hielt der Raketenmotor an, als er die Zündsequenz begann, weil der Bordcomputer des Raketenmotors die Verbindung verlor. . . wir haben das Problem als einen Neustart des Computers identifiziert und isoliert, der wahrscheinlich durch elektromagnetische Störungen verursacht wurde“. Laut der Aufzeichnung war ein neues Flugsteuerungs-Computersystem installiert worden und diese war eine der Komponenten, die getestet wurden.

In der Aufzeichnung heißt es weiter: „EMI ist eine relativ häufige Herausforderung in der Luft- und Raumfahrt. Und im Januar haben wir Modifikationen vorgenommen, die darauf abzielen, die EMI-Werte zu senken und bestimmte Systeme besser zu schützen. . . Wir schätzen, dass diese Arbeiten in acht bis neun Wochen abgeschlossen sein werden, was darauf schließen lässt, dass unser nächster Testflug im Mai stattfinden wird [er war ursprünglich für Februar geplant]“.

Abbildung 1: Das SpaceShipTwo von Virgin Galactic, auch VSS Unity genannt, gleitet nach einem Überschalltestflug im Jahr 2019 zurück zur Erde. (Bildquelle: Virgin Galactic)

Die Fehlersuche im Zusammenhang mit EMI kann schwierig sein. Es wurde zwar festgestellt, dass ein Neustart des neuen Steuercomputersystems, der den Abbruch auslöste, durch EMI verursacht wurde, aber ohne weitere Daten ist es schwer zu sagen, wie sie EMI als die tatsächliche Quelle bestimmt haben und wie genau es das System beeinflusst hat. Unabhängig davon zeigt es deutlich, wie wichtig eine gute EMI-Erkennung und -Entschärfung im Vorfeld eines Designs ist. Dennoch ist es schwierig, alle Fälle von EMI zu verhindern, daher ist der nächste Schritt, sie bei Erkennung zu entschärfen.

EMI herausfiltern

Glücklicherweise stehen den Entwicklern mehrere Optionen für den Umgang mit EMI zur Verfügung, darunter Filter für Signal- und Datenleitungen, Leistungseingangsfilter für die Kontrolle von EMI-Emissionen und Kits mit gängigen EMI-Filterkomponenten für die Entwicklung kundenspezifischer HF-Filterlösungen. Sehen wir uns drei an: je einen von Bourns, TE Connectivity Corcom Filters und TDK.

EMI-Netzwerkfilter: Entwickler von Computern, Telekommunikationsgeräten, Audio- und Videogeräten und Industriesystemen können die Netzwerkfilter EMI T von Bourns verwenden, die zehn verschiedene Dämpfungsbereiche von 25 Dezibel (dB) bieten (Abbildung 2).

Abbildung 2: Die Netzwerkfilter EMI T bieten Entwicklern zehn verschiedene 25-dB-Dämpfungsbereiche und eine hervorragende Rauschfilterung bei hohen Frequenzen. (Bildquelle: Bourns Inc.)

Diese T-Netzwerkfilter werden mit Dämpfungsfrequenzbereichen von 800 bis 1000 Megahertz (MHz) für den EMI220T-RC und von 15 bis 200 MHz für den EMI103T-RC angeboten. Wenn eine Schaltung oder ein Teilschaltkreis für einen bestimmten Bereich von EMI-Frequenzen anfällig ist, kann das Hinzufügen einer dieser kompakten Filter das Problem entschärfen.

Stromeingangsfilter: Schaltnetzteile können eine bedeutende Quelle für EMI sein. Standard-Eingangsfilter können für eine verbesserte Filterung verwendet werden und bieten verschiedene Stufen der EMI-Minderung. Es ist möglich, dass der Austausch eines vorhandenen Filters gegen einen Filter mit höherer Performance schädliche Emissionen beseitigen kann.

Die X-, Y- und Z-Serien der Corcom-Filter von TE Connectivity bieten drei Performancestufen, mit denen die meisten digitalen Geräte (einschließlich solcher mit Schaltnetzteilen) die spezifischen EMI-Emissionsgrenzwerte einhalten. Im Einzelnen:

  • Die X-Serie ist für die Einhaltung der leitungsgebundenen Emissionsgrenzwerte gemäß FCC Abschnitt 15J, Klasse B ausgelegt.
  • Die Y-Serie ist für die Einhaltung der leitungsgebundenen Emissionsgrenzwerte nach EN55022, Stufe A und FCC Abschnitt 15J, Klasse B ausgelegt.
  • Die Z-Serie ist für die Einhaltung der Grenzwerte für leitungsgebundene Emissionen nach EN55022, Stufe B und FCC Abschnitt 15J, Klasse B ausgelegt.

Die Filter sind für die Durchkontaktierung oder die externe Montage erhältlich (Abbildung 3).

Abbildung 3: Die Netzeingangsfilter der X-, Y- und Z-Serie von TE Connectivity Corcom sind für die Platinenmontage (links) und die externe Montage (rechts) erhältlich. (Bildquelle: TE Connectivity Corcom Filters)

Der 3EXP (links) ist beispielsweise ein einphasiger 250-Volt-AC-Netzfilter für 3 Ampere (A) und geringem Leckstrom (<0,5 Milliampere (mA)), der für die Durchkontaktierung konfiguriert ist.

Kit für kundenspezifische HF-Filterdesigns

Natürlich kann das EMI-Problem eine Folge der erhöhten Anfälligkeit eines neuen Computersystems für Emissionen von anderen benachbarten Subsystemen sein, wie z. B. einem HF-Teil. Während ich oft in der Lage war, Standardfilter zu verwenden, um die EMI von Stromversorgungen anzugehen, sind im Fall von HF-Abschnitten oft kundenspezifische Filterdesigns erforderlich. Um die Entwickler dabei zu unterstützen, bietet die TDK Corp. das RF-KIT an, ein Kit mit HF-Filterkomponenten für Systeme, die bei 900 MHz und 2,4 Gigahertz (GHz) arbeiten. Das Sortiment umfasst 290 Komponenten; jeweils 29 Werte von 10 verschiedenen oberflächenmontierbaren Filterkomponenten, darunter Symmetrierglieder, Multiplexer und HF-Filter.

Abbildung 4: Die TDK Corp. vereinfacht das Design von kundenspezifischen Filtern für die 900-MHz- und 2,4-GHz-Bänder mit einem 290-teiligen HF-Filterdesignkit. (Bildquelle: TDK Corp.)

Fazit

EMI-Probleme können schwierig zu identifizieren und zu beheben sein, und sie können die Systemleistung einschränken. Wie die Erfahrungen mit SpaceShipTwo zeigen, ist es wichtig, EMI-Probleme so früh wie möglich im Entwicklungsprozess gründlich zu testen und zu identifizieren. EMI-Probleme, die später im Entwicklungszyklus auftauchen, können zu erheblichen Verzögerungen führen. Glücklicherweise stehen den Entwicklern mehrere Möglichkeiten zur Verfügung, um sowohl die EMI-Anfälligkeit als auch die Emissionen zu verringern.

Über den Autor

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Jeff has been writing about power electronics, electronic components, and other technology topics for over 30 years. He started writing about power electronics as a Senior Editor at EETimes. He subsequently founded Powertechniques, a power electronics design magazine, and later founded Darnell Group, a global power electronics research and publishing firm. Among its activities, Darnell Group published PowerPulse.net, which provided daily news for the global power electronics engineering community. He is the author of a switch-mode power supply text book, titled “Power Supplies,” published by the Reston division of Prentice Hall.

Jeff also co-founded Jeta Power Systems, a maker of high-wattage switching power supplies, which was acquired by Computer Products. Jeff is also an inventor, having his name is on 17 U.S. patents in the fields of thermal energy harvesting and optical metamaterials and is an industry source and frequent speaker on global trends in power electronics. He has a Masters Degree in Quantitative Methods and Mathematics from the University of California.

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