Nhiễu điện từ
Nói một cách đơn giản, nhiễu điện từ (EMI) là hiệu ứng của trường điện từ (ví dụ: tần số vô tuyến) lên các thiết bị và hệ thống điện tử nhạy cảm. Nó lây lan trên một diện tích rộng đáng ngạc nhiên và có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho hệ thống của bạn. May mắn thay, có hai giải pháp khả thi cho vấn đề này: lọc và che chắn.
Lọc và che chắn EMI là hai kỹ thuật khác nhau được sử dụng để giải quyết vấn đề EMI trong các thiết bị hoặc hệ thống điện tử. Với các hệ thống điện tử, có những lo ngại về độ nhạy bức xạ và dẫn điện cũng như phát xạ bức xạ và dẫn điện, đó là nhiễu EMI từ hệ thống.
Nhưng sự khác biệt là gì?
lọc
Sơ lược về lịch sử của EMI, EMC và nhu cầu bảo vệ
Vào những năm 1930, khi radio nhanh chóng trở thành vật dụng thiết yếu trong gia đình trên khắp thế giới, người dùng bắt đầu nhận thấy những tác động kỳ lạ của tần số lên các thiết bị điện và điện tử khác. Hiện tượng này, được gọi là "nhiễu điện từ", thể hiện rõ ràng sự cần thiết phải có cách bảo vệ thiết bị khỏi các tín hiệu vô tuyến sai.
Giải pháp cho những vấn đề này được đưa ra vào năm 1933, khi Ủy ban đặc biệt quốc tế về nhiễu vô tuyến (CISPR) của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) ở Paris đưa ra các khuyến nghị sớm nhất để giảm thiểu EMI. Giới hạn phát xạ xảy ra khi các hệ thống được kết nối với nhau để đảm bảo rằng tiếng ồn được tạo ra trong một hệ thống không ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống khác.
Nhu cầu về các phương pháp và thiết bị lọc và che chắn EMI toàn diện hơn cho các ứng dụng quốc phòng đã được nhận ra ngay từ năm 1967, khi tàu sân bay USS Forrestal, được triển khai ở Vịnh Bắc Bộ để hỗ trợ lực lượng Hoa Kỳ tại Việt Nam, bị hỏa hoạn thảm khốc khi một thiết bị điện tử sự bất thường đã kích hoạt một tên lửa Zuni. Điều này dẫn đến 134 người chết và gần 200 người bị thương. Sau đó, người ta xác định rằng nguyên nhân sâu xa của vụ tai nạn là do đầu nối cáp được che chắn được lắp đặt không đúng cách và nhiều trường điện từ trên sàn đáp, khiến tên lửa bốc cháy và đốt cháy thùng nhiên liệu của một chiếc máy bay gần đó.
Sau đó, khi điện thoại di động và các thiết bị điện tử cầm tay khác trở nên phổ biến hơn vào những năm 1990, một số hãng hàng không nhận ra rằng tín hiệu từ những thiết bị này và các thiết bị khác có thể gây nhiễu hệ thống điện tử hàng không, do đó cản trở chuyến bay an toàn hoặc khả năng điều hướng của máy bay. Các nhà lãnh đạo quân sự đã phát hiện ra rằng nhiễu điện từ, dù là tự nhiên hay nhân tạo, có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến công nghệ Hệ thống Định vị Toàn cầu (GNSS), khiến các phương tiện bay không người lái không thể bay một cách ổn định. Nhiễu GNSS và EMI do các hoạt động quân sự gây ra là một vấn đề đáng chú ý trong an toàn chuyến bay hàng không dân dụng vẫn tiếp tục cho đến ngày nay.
Sau nhiễu vô tuyến, nhiều dạng EMI khác đã được công nhận, bao gồm vi sóng, tia hồng ngoại, tia gamma và tia X, mỗi dạng này có thể được loại bỏ bằng nhiều phương pháp và thiết bị. Các khuyến nghị của CISPR tạo thành cơ sở của tiêu chuẩn quốc tế hiện đại cho Ngăn chặn EMI và xác định cách thiết bị điện tử có thể cùng tồn tại mà không bị nhiễu ảnh hưởng đến hiệu suất. Điều này được gọi là khả năng tương thích điện từ.
Khả năng tương thích điện từ (EMC) xác định khả năng hoạt động có thể chấp nhận được của thiết bị điện và điện tử khi tiếp xúc với các nguồn điện từ bên ngoài và khi hạn chế năng lượng điện từ không mong muốn được tạo ra bên trong.
EMC bao gồm ba khía cạnh: giới hạn bức xạ nhiễu điện từ do thiết bị tạo ra, tính nhạy cảm của thiết bị với các nguồn nhiễu điện từ bên ngoài và khả năng miễn nhiễm của thiết bị khi hoạt động trong một môi trường nhất định.
Các loại nhiễu điện từ khác nhau
EMI thường có thể được phân loại thành bốn loại dựa trên nguồn hoặc băng thông của tín hiệu gốc. EMI băng thông hẹp được tạo ra bởi điện thoại di động, đài phát thanh hoặc truyền hình TV, trong khi EMI băng thông rộng có phổ vô tuyến rộng hơn và được tạo ra bởi bức xạ không chủ ý từ các nguồn tín hiệu như đường dây truyền tải điện. Tùy thuộc vào nguồn bức xạ, EMI có thể được phân loại là cố ý, không chủ ý, liên hệ thống hoặc nội bộ hệ thống:
EMI không chủ ý hoặc "không hoạt động" được tạo ra bởi các thiết bị không chủ ý như thiết bị hàn, động cơ DC, máy tính và đường dây điện.
-EMI cố ý (IEMI) là EMI phát ra từ thiết bị được thiết kế đặc biệt, thường là một phần của hệ thống tác chiến điện tử như biện pháp đối phó điện tử và vũ khí xung điện từ (EMP).
-EMI liên hệ thống là nhiễu được tạo ra giữa hai thành phần của một hệ thống hoặc thiết bị, trong khi EMI liên hệ thống xảy ra giữa hai hoặc nhiều hệ thống độc lập.
Các loại EMI khác nhau
Lọc EMI là gì?
Lọc EMI là một cân nhắc quan trọng trong thiết kế và sản xuất thiết bị điện tử để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và tuân thủ các quy định về tương thích điện từ (EMC).
Lọc EMI là quá trình giảm hoặc loại bỏ nhiễu do tín hiệu điện từ gây ra trong một thiết bị hoặc hệ thống điện tử. Đây là một kỹ thuật được sử dụng để lọc các tín hiệu điện từ không mong muốn (nhiễu) có thể cản trở hoạt động của thiết bị điện tử hoặc gây nhiễu điện từ.
Bộ lọc EMI thường được đặt ở đầu vào hoặc đầu ra của thiết bị và có thể được gắn bảng hoặc gắn PCB. Chúng bao gồm sự kết hợp của các thành phần thụ động như tụ điện, cuộn cảm và điện trở được thiết kế để làm suy giảm hoặc triệt tiêu EMI trong một dải tần số cụ thể. Chúng thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử như nguồn điện, thiết bị âm thanh, hệ thống máy tính và các thiết bị điện tử khác có yêu cầu về độ tin cậy và EMC cao.
Bộ lọc EMI thường là bộ lọc thông thấp cho phép tín hiệu tần số thấp đi qua trong khi chặn tín hiệu tần số cao hoặc "nhiễu". Tụ điện chặn các tần số nhất định trong khi cho phép các tần số khác đi qua. Tụ phóng điện vào mặt đất, do đó làm giảm tín hiệu tần số cao. Cuộn cảm hoạt động khác nhau; chúng hấp thụ năng lượng tần số cao và chuyển thành nhiệt, do đó triệt tiêu tiếng ồn tần số cao. Bộ lọc tùy chỉnh có thể được "điều chỉnh" để đáp ứng các yêu cầu tần số cụ thể bằng cách "tinh chỉnh" sự kết hợp giữa tụ điện và cuộn cảm.
Bộ lọc EMI có thể được chia thành hai loại: bộ lọc chế độ vi sai và bộ lọc chế độ chung. Bộ lọc chế độ vi sai làm giảm nhiễu xảy ra giữa hai đường tín hiệu, trong khi bộ lọc chế độ chung làm giảm nhiễu xảy ra giữa đường tín hiệu và mặt đất.
Che chắn EMI là gì?
Che chắn EMI là quá trình giảm bức xạ điện từ do các thiết bị hoặc hệ thống điện tử phát ra và ngăn các tín hiệu điện từ bên ngoài cản trở hoạt động của các thiết bị này. Che chắn EMI là cần thiết vì bức xạ điện từ có thể cản trở hoạt động của các thiết bị điện tử khác và gây ra trục trặc hoặc lỗi . Che chắn EMI liên quan đến việc sử dụng các vật liệu dẫn điện, chẳng hạn như đồng hoặc nhôm, để chặn hoặc làm giảm tín hiệu điện từ đi vào hoặc đi ra khỏi thiết bị.
Có thể thực hiện che chắn EMI bằng cách đặt che chắn dẫn điện (được gọi là lồng Faraday) xung quanh thiết bị hoặc bằng cách phủ thiết bị bằng vật liệu dẫn điện. Lớp che chắn hoặc lớp phủ dẫn điện tạo ra một rào cản ngăn các tín hiệu điện từ đi vào hoặc ra khỏi thiết bị, do đó làm giảm nguy cơ nhiễu điện từ. Lớp che chắn EMI có thể được áp dụng cho các linh kiện điện tử, bảng mạch, dây cáp hoặc thậm chí toàn bộ thiết bị hoặc hệ thống điện tử.
Lọc so với Che chắn
Lựa chọn giữa lọc và che chắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như độ nhạy của thiết bị và lượng EMI sẽ được tạo ra. Độ dẫn điện, kích thước và chi phí cũng đóng một vai trò trong việc lựa chọn giải pháp EMI tốt nhất.
Che chắn có một cách tiếp cận toàn diện để quản lý EMI, trong khi các bộ lọc nhắm mục tiêu vào các khu vực EMI cụ thể. Che chắn phản ánh năng lượng đến trong khi vẫn tạo ra một số hấp thụ. Năng lượng này được chuyển thành nhiệt và do đó cần một số loại quản lý nhiệt. Ngoài ra, chất lượng của vật liệu được sử dụng để che chắn không chỉ ảnh hưởng đến đầu ra mà còn ảnh hưởng đến trọng lượng của hệ thống, tức là lớp che chắn dày hơn hiệu quả hơn nhưng cũng nặng hơn. Trong khi che chắn phản ánh và triệt tiêu EMI, các bộ lọc loại bỏ EMI bằng cách giải quyết các điểm dễ bị tổn thương trong hệ thống tạo ra nhiều nhiễu nhất. Do đó, các bộ lọc có thể được tùy chỉnh để đáp ứng các nhu cầu cụ thể.
