Belajar Tentang EMI (Electromagnetic Interference)

Definisi EMI

Electromagnetic interference adalah gangguan yang memengaruhi performa perangkat elektronik karena adanya gelombang elektromagnetik yang tidak diinginkan. Gangguan ini bisa terjadi melalui:

• Konduksi: Melalui kabel daya atau sinyal.
• Radiasi: Menyebar melalui udara sebagai gelombang elektromagnetik.

Karakteristik EMI

• Spektrum Frekuensi: EMI terjadi pada berbagai frekuensi, dari sangat rendah (kabel daya) hingga sangat tinggi (gelombang radio atau radar).
• Durasi:
  • Continuous: Sinyal gangguan yang berlangsung terus-menerus, seperti osilasi motor.
  • Transient: Gangguan sesaat seperti lonjakan tegangan akibat petir.

Sumber EMI

• Sumber Alami:
  • Aktivitas atmosfer seperti petir.
  • Radiasi matahari dan gangguan kosmik.
• Sumber Buatan:
  • Peralatan elektronik seperti motor, switching power supply, atau radio.
  • Sistem komunikasi seperti Wi-Fi, radar, atau ponsel.

Dampak EMI

• Penurunan kualitas sinyal komunikasi.
• Gangguan pada perangkat medis seperti alat pacu jantung.
• Malfungsi atau kerusakan pada perangkat elektronik sensitif.

Parameter Penting

• Kopling EMI: Cara EMI berpindah dari sumber ke perangkat korban:
  • Kapasitif: Melalui medan listrik.
  • Induktif: Melalui medan magnet.
  • Gelombang Elektromagnetik: Menyebar langsung melalui udara.
• Impedansi: Peran impedansi (resistansi terhadap arus AC) dalam mengontrol gangguan.

Standar dan Regulasi EMI

Berbagai standar internasional digunakan untuk membatasi emisi EMI, seperti:

• CISPR: Digunakan di Eropa untuk peralatan rumah tangga dan elektronik.
• FCC Part 15: Regulasi di Amerika Serikat.
• MIL-STD-461: Standar untuk perangkat militer.

Analisis EMI

1. Metode Pengukuran EMI
• Radiated EMI : Mengukur energi EMI yang terpancar melalui udara.
• Menggunakan antena penerima dan spectrum analyzer di ruang bebas atau ruang anechoic.
• Conducted EMI : Mengukur energi EMI yang mengalir melalui kabel daya atau sinyal.
• Menggunakan perangkat LISN (Line Impedance Stabilization Network) untuk mengisolasi sinyal EMI dari daya utama.
2. Parameter yang Diukur
• Frekuensi: untuk mengidentifikasi rentang spektrum gangguan.
• Amplitudo: Menentukan tingkat energi EMI.
• Mode Kopling: 
• Common Mode: Gangguan yang sama pada semua jalur konduktor relatif terhadap ground.
• Differential Mode: Gangguan antara dua jalur konduktor.
3. Teknik Simulasi
   Menggunakan software simulasi seperti: 
• ANSYS HFSS atau CST Microwave Studio untuk analisis medan elektromagnetik
• SPICE untuk analisis rangkaian elektronik terkait EMI.

Pengendalian EMI

1. Shielding
• Menggunakan bahan konduktif (Misalnya, tembaga atau aluminium) untuk melindungi perangkat dari radiasi EMI.
• Aplikasi:
• Pelindung kabel (Shielded cables).
• Penutup logam untuk perangkat elektronik.
2. Filtering
• Menambahkan komponen seperti kapasitor, induktor, atau filter LC untuk memblokir frekuensi gangguan.
• Aplikasi:
• Filter EMI di power supply.
• Filter RC untuk mengurangi noise pada sinyal digital.
3. Grounding
• Menghubungkan perangkat ke ground untuk membuang energi gangguan.
• Teknik:
• Single-point grounding: semua ground terhubung ke satu titik.
• Multi-point grounding: Ground tersebar untuk perangkat besar.
4. Layout PCB
• Mengurangi EMI dengan tata letak yang baik:
• Memisahkan jalur daya dan sinyal sensitif.
• Menggunakan ground plane untuk meminimalkan loop area.
5. Suppression Techniques
• Ferrite Beads: Digunakan untuk menyerap gangguan frekuensi tinggi pada kabel.
• Snubber Circuits: Meredam lonjakan tegangan pada perangkat switching.

Studi Kasus Pengendalian EMI

• Peralatan Rumah Tangga:
• Memasukkan filter EMI pada adaptor daya untuk memenuhi standar FCC atau CISPR.
• Sistem Komunikasi:
• Shielding pada antena untuk mengurangi gangguan dari perangkat lain.
• Otomotif:
• Filter pada sistem kelistrikan untuk mencegah gangguan terhadap sensor.

Eksperiman Mengukur Conducted EMI dengan Multimeter dan Filter RC

Alat dan Bahan:

• Multimeter Digital.
• Rangkaian sumber tegangan DC (misalnya adaptor 12V).
• Resistor 1K ohm.
• Kapasitor 0.1 uF.
• Breadboard dan kabel jumper.

Tujuan: 

• Mengamati bagaimana kapasitor mengurangi noise frekuensi tinggi.

Langkah:

1. Rangkaian Awal (tanpa filter):
• Sambungkan resistor ke output sumber tegangan.
• Ukur tegangan di resistor dengan multimeter.
• Perhatikan noise (tegangan AC kecil yang mengganggu tegangan DC).
2. Pasang FIlter RC:
• Tambahkan kapasitor 0.1 uF paralel dengan resistor (membentuk filter low-pass).
• Ukur ulang tegangan pada resistor.
• Bandingkan noise sebelum dan sesudah pemasangan filter.

Eksperimen Shielding pada Radiated EMI

Alat dan Bahan:

• Radio AM/FM sederhana.
• Sumber EMI (misalnya, motor DC kecil).
• Aluminium foil.
• Kabel daya atau baterai untuk motor.

Tujuan: 

• Membuktikan efektivitas shielding terhadap radiasi EMI.

Langkah:

1. Tanpa shielding:
• Nyalakan radio pada saluran kosong (tidak ada siarang).
• Dekatkan motor DC ke radio dengan motor dalam keadaan hidup.
• Amati gangguan yang muncul pada suara radio.
2. Dengan shielding:
• Bungkus motor dengan aluminium foil, pastikan foil tidak menyentuh terminal motor.
• Hidupkan kembali motor dan amati perubahan tingkat gangguan pada suara radio.