Устойчивость светодиодных и ламповых фонарей к воздействию ЭМИ

Физика воздействия ЭМИ и поведение полупроводников

Поражающий фактор электромагнитного импульса заключается в возникновении наведенных напряжений и токов в проводниках . Повреждение электронных компонентов происходит из-за пробоя при превышении расчетных параметров тока и напряжения. В случае полупроводниковых устройств импульс разрушает p-n и n-p переходы.

В сложных интегральных схемах (БИС и СБИС) отказ может наступать даже от взаимодействия с единичными высокоэнергетическими частицами космического или радиационного излучения, вызывающими выбивание зарядов и прямую деградацию структуры кристалла. При прохождении импульса в воздухе и парах газов могут кратковременно светиться неоновые, люминесцентные и энергосберегающие лампы.

Светодиодные модели против классических ламп накаливания

Степень уязвимости фонаря напрямую зависит от его схемотехники:

• Светодиодные фонари с драйверами. Большинство современных моделей имеют несколько режимов работы (например: полная яркость, половина мощности, проблесковый режим). Наличие микросхем, контроллеров или простых полупроводниковых цепочек делает их крайне чувствительными к наводкам. Даже без подключенной батареи внутренние замкнутые цепи платы управления уязвимы к перенапряжению. В случае пробоя платы участники предлагают аварийный ремонт: исключение поврежденного контроллера и подключение светодиода напрямую через обычный резистор.
• Простые фонари с лампой накаливания. Конструкция «батарея — кнопка — лампа» не содержит полупроводников. При разомкнутом выключателе и отсутствии длинных проводников лампа накаливания переносит воздействие значительно лучше. Если лампа все же перегорит при работе, ее замена не требует сложного ремонта.
• Динамо-фонари. Механические генераторы без управляющей электроники устойчивы к импульсу, однако сохраняется риск электрического пробоя изоляции обмоток генератора при сильных наведенных потенциалах.

Состояние элементов питания

В отношении батареек и аккумуляторов мнения сходятся на том, что химические источники тока менее подвержены разрушению от ЭМИ, чем электроника, так как в них отсутствуют микроэлектронные переходы. Тем не менее в результате воздействия импульса возможна частичная потеря емкости или падение уровня заряда вплоть до нуля. Хранение элементов питания отдельно от потребителей снижает риск повреждения общей цепи прибора.

Способы защиты и экранирования

Для сохранения чувствительного оборудования в условиях ЭМИ применяются различные типы экранов :

• Металлические корпуса и контейнеры. Качественные фонари в цельнометаллических (алюминиевых) корпусах уже имеют базовый экран для драйвера. Для хранения мелкой аппаратуры (рации, приемники, фонари, нетбуки) подходят герметичные металлические ящики, коробки или мешки из латунной сетки. Для защиты от ЭМИ малогабаритной техники в закрытом металлическом объеме заземление не является строго обязательным.
• Фольга. Допускается плотное оборачивание техники бытовой алюминиевой фольгой для запекания (или сигаретной фольгой толщиной от 0,1 мм), которая формирует импровизированную клетку Фарадея.
• Специальные покрытия. Применение токопроводящих составов (например, лака типа EMILAC) на пластиковых боксах.
• Заземление. Используется для отвода статического заряда с массивных металлических объектов и наружных кожухов (в военной аппаратуре, автомобилях вроде ГАЗ-66 с экранированным зажиганием), чтобы накопленный потенциал не пробил внутренние цепи. В полевых условиях упоминается заглубление металлической спицы на 3–4 метра в грунт.
• Естественные преграды. Слой грунта толщиной от 2 метров или размещение аппаратуры в глубоких подвалах и подземных сооружениях существенно ослабляет электромагнитную волну.

Кустарные тесты на помехозащищенность

В рамках обсуждения участники предлагают способы проверки надежности экранирования подручными методами:

1. Электромагнитная катушка. Наматывается бескаркасное кольцо радиусом 50–60 см из 100 метров медного провода сечением около 1 мм². Катушка подключается к сети 220 В (ток составляет порядка 2–3 А, устройство быстро нагревается). Пронесение экранированного прибора через центр кольца имитирует прохождение через умеренное электромагнитное поле.

2. Тест микроволновым излучением. Завернутый в фольгу или металлическую сетку выключенный фонарь помещают в микроволновую печь на максимальную мощность на 10–30 секунд для проверки качества экранной оболочки.