Lọc nhiễu | EMI filters

BÀI CHI TIẾT NHẤT VỀ LỌC NHIỄU | EMI FILTERS

 

Bộ lọc nhiễu EMI là gì?

Bộ lọc nhiễu điện từ (EMI) là một thành phần điện hoặc mạch được thiết kế để loại bỏ các tần số không mong muốn từ đường dây điện hoặc các tín hiệu khác có thể làm gián đoạn hệ thống. Nó lấy đầu vào nguồn điện xoay chiều hoặc nguồn điện chính, xử lý để loại bỏ nhiễu và đưa ra tín hiệu sạch để nâng cao hiệu suất của thiết bị. Thường được gọi là cuộn cảm, bộ lọc EMI làm giảm nhiễu điện từ tần số cao trong đường dây điện và tín hiệu. Các bộ lọc này được phân loại thành thông thấp, thông cao, thông dải hoặc loại bỏ băng tần và thường bao gồm các thành phần thụ động như tụ điện và cuộn cảm được sắp xếp trong mạch LC hoặc các cấu hình phức tạp hơn.

Bộ lọc EMI sử dụng các đặc tính của vật liệu điện dung và cảm ứng để loại bỏ nhiễu tần số cao khỏi tín hiệu. Chúng hoạt động bằng cách hấp thụ hoặc phản xạ nhiễu trộn lẫn với tín hiệu thực, tạo ra đầu ra sạch hơn.

Việc bảo vệ không đầy đủ chống lại EMI có thể làm giảm hiệu suất của thiết bị điện bằng cách tạo ra dòng điện và điện áp không mong muốn trong mạch điện. EMI có thể được dẫn hoặc bức xạ. EMI dẫn truyền di chuyển dọc theo đường dẫn vật lý từ nguồn đến máy thu.

Ngược lại, EMI bức xạ không yêu cầu tiếp xúc vật lý và lan truyền qua không khí. Loại nhiễu này xảy ra khi một thiết bị phát ra năng lượng điện từ dưới dạng trường điện, có khả năng gây hư hỏng do quá tải mạch điện của thiết bị. Các bức xạ có thể lan truyền trên khoảng cách xa và làm gián đoạn hoạt động của thiết bị.

Trong khi EMI bên ngoài có thể gây hại cho thiết bị, EMI bên trong có thể tạo ra nhiễu trong hệ thống. Điều này xảy ra khi các thành phần nhạy cảm được đặt gần mạch quản lý nguồn điện áp cao hoặc dòng điện cao, dẫn đến nhiễu điện từ giữa các mạch.
 

Các loại bộ lọc EMI khác nhau là gì?

Bộ lọc EMI có nhiều kích thước, kiểu dáng, hình dạng và cấu hình khác nhau, tất cả đều được thiết kế để bảo vệ các thiết bị nhạy cảm khỏi nhiễu điện. Chúng thường được phân loại thành hai loại chính: bộ lọc chủ động và thụ động.

Bộ lọc EMI chủ động sử dụng nguồn điện bên trong để tạo ra dòng điện đối kháng giúp loại bỏ nhiễu. Các bộ lọc này phát hiện điện áp đầu vào và tạo ra dòng điện chạy theo hướng ngược lại để trung hòa mọi nhiễu. Chúng sử dụng các thành phần điện tử chủ động và mạch điện bên trong để lọc các tần số không mong muốn.

Ngược lại, bộ lọc EMI thụ động hoạt động bằng cách hấp thụ năng lượng không mong muốn thay vì tạo ra dòng điện đối kháng. Chúng sử dụng các thành phần thụ động như tụ điện, điện trở, máy biến áp và cuộn cảm, được điều chỉnh để tạo ra cộng hưởng điện ở các tần số hoặc dải tần số cụ thể. Các bộ lọc này giúp ngăn chặn dòng điện hài và giảm méo điện áp trong các hệ thống điện tử.

Việc sử dụng rộng rãi bộ lọc EMI là do hiệu quả của chúng trong việc bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi hư hỏng do bức xạ từ các thiết bị điện tử gây ra. Chúng loại bỏ dòng điện gây nhiễu từ đường dây tín hiệu và đường dây điện trong khi vẫn cho phép dòng điện có thể chấp nhận được đi qua.
 

Bộ lọc EMI một pha

Bộ lọc EMI một pha được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng chế độ chung và chế độ vi sai. Các bộ lọc này là thiết bị đa năng nhằm mục đích giảm tiếng ồn trong đường dây điện. Bộ lọc EMI một pha hạn chế biên độ điện áp nhiễu trên đường dây điện xoay chiều, ngăn chặn sự lan truyền của chúng.
 

Bộ lọc EMI 3 pha

Để giảm tiếng ồn mạnh mẽ hơn, bộ lọc EMI ba pha được thiết kế để xử lý mức độ nhiễu cao hơn thông qua hệ thống lọc ba pha. Chúng hoạt động trong dải tần từ 47 Hz đến 400 Hz và thường được sử dụng với bộ biến tần, bộ truyền động động cơ và máy công cụ. Bộ lọc EMI ba pha có hai loại: Wye và Delta.

Các loại bộ lọc Wye – Bộ lọc Wye có cấu hình Y với ba dây nóng được kết nối tại một điểm trung tính duy nhất. Một dây trung tính cung cấp cho bộ lọc Wye hệ thống bốn dây. Nó cho phép kết nối pha với pha trung tính hoặc pha đơn và pha với pha 2 hoặc 3.

Các loại bộ lọc Delta – Ba pha của loại Delta được kết nối như một hình tam giác với kết nối được thực hiện từ một đầu của cuộn dây đến đầu bắt đầu của cuộn dây kia để tạo thành một mạch kín. Không giống như loại bộ lọc Wye, loại Delta chỉ cần ba dây. Tải điện giống nhau vì các mạch một pha cung cấp điện liên tục.
 

Cuộn cảm Ferrite

Một bộ lọc EMI thụ động được sử dụng rộng rãi là cuộn cảm Ferrite, hoạt động như một cuộn cảm có điện dung để lọc thông thấp. Cuộn cảm Ferrite, còn được gọi là kẹp Ferrite, vòng ferrite, hạt lọc EMI hoặc bộ lọc vòng ferrite, giúp làm suy yếu các tín hiệu tần số cao và thường được lắp đặt xung quanh đường dây điện của các thiết bị như máy tính xách tay.

Ferrite là một chất từ ​​tính, khi được quấn quanh nguồn điện, sẽ cung cấp điện trở cảm ứng cho các tín hiệu đi qua nó. Loại bộ lọc EMI này thể hiện các đặc tính phi tuyến tính, với điện trở của nó thay đổi dựa trên các thay đổi về dòng điện tải và độ sụt áp. Ngoài ra, hiệu suất của cuộn cảm Ferrite có thể bị ảnh hưởng bởi các biến động về dòng điện và nhiệt độ.

Lắp cuộn cảm ferit bao gồm việc đặt cuộn cảm ferit xung quanh dây được kết nối với thiết bị. Việc lựa chọn kích thước và loại cuộn cảm ferit phụ thuộc vào đường kính của dây, từ 3 mm đối với cáp tai nghe đến 13 mm đối với dây nguồn 12-gauge hoặc 120 volt. Để có kết quả tốt nhất, cuộn cảm ferit nên được đặt cách kết nối thiết bị khoảng 5 cm vì cuộn cảm ferit hoạt động hiệu quả hơn khi đặt gần thiết bị.

Đặt cuộn cảm ferit cách kết nối thiết bị khoảng 5 cm vì cuộn cảm ferit hoạt động hiệu quả hơn khi đặt gần thiết bị.
 

Bộ lọc EMI thụ động chế độ vi sai (DM)

Bộ lọc EMI thụ động chế độ vi sai được thiết kế để giảm dòng điện AC tần số cao trong mạch mang dòng điện AC hoặc DC tần số thấp. Các bộ lọc này có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp theo nhóm với nhiều cuộn cảm được đặt tại các điểm khác nhau. Chế độ vi sai đề cập đến các tín hiệu hoặc tiếng ồn truyền theo hướng ngược nhau qua một cặp đường dây.

Bộ lọc EMI thụ động chế độ vi sai làm giảm tiếng ồn trong thiết bị bằng cách sử dụng một thành phần có dây quấn quanh lõi từ. Thành phần từ tính này chống lại những thay đổi nhanh chóng trong dòng điện, tạo ra hiệu ứng bóp nghẹt tiếng ồn chế độ vi sai. Điều này làm giảm biên độ của tần số, giảm thiểu tác động của nó đến hoạt động của mạch.

Bộ lọc EMI chế độ vi sai có nhiều loại khác nhau để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng khác nhau. Chúng thay đổi tùy theo cuộn dây, vật liệu và loại lõi từ. Các bộ lọc này thường được sử dụng trong nguồn điện và bộ chuyển đổi, biến tần năng lượng mặt trời, hệ thống điện gió, thiết bị điện tử ô tô và viễn thông.
 

Bộ lọc EMI thụ động chế độ chung (CM)

Bộ lọc EMI thụ động chế độ chung được thiết kế để chặn tiếng ồn tần số cao ảnh hưởng đến đường dây điện. Tiếng ồn này có thể xuất phát từ các nguồn như tín hiệu vô tuyến, thiết bị điện tử không được che chắn, bộ biến tần và động cơ. Ở chế độ chung, dòng điện chạy theo cùng một hướng qua cả hai đường dây. Từ thông bên trong bộ lọc EMI tạo ra một trường đối lập làm suy yếu và loại bỏ tiếng ồn.

Khi tiếng ồn chung gặp bộ lọc EMI chế độ chung, từ thông được tạo ra trong cả hai cuộn dây của lõi. Lõi được thiết kế để tạo ra từ trường quay, hoạt động giống như một cuộn cảm có điện trở tương ứng với tần số của tiếng ồn. Thiết lập này cho phép các tín hiệu tần số thấp đi qua trong khi ngăn chặn tiếng ồn tần số cao.

Bộ lọc EMI chế độ chung được phân loại theo dải tần số của ứng dụng, đó là bộ lọc tần số vô tuyến (RF) và bộ lọc tần số âm thanh (AF). Bộ lọc AF chế độ chung được thiết kế để triệt nhiễu trong dải tần số âm thanh lên đến 30 KHz bao gồm nguồn điện chế độ chuyển mạch, bộ chỉnh lưu AC/DC, chấn lưu điện, bộ biến tần và ổ đĩa tần số thay đổi. Với bộ lọc RF chế độ chung, tần số nhiễu cao hơn 30 KHz, chẳng hạn như USB, HDMI, LVDS, bus CAN và các ứng dụng ethernet.

Sự khác biệt giữa bộ lọc EMI chế độ chung AF và RF nằm ở vật liệu lõi của chúng. Bộ lọc AF sử dụng lõi sắt rắn, trong khi bộ lọc RF được chế tạo bằng vật liệu lõi sắt từ dạng bột.
 

Cuộn cảm dòng

Cuộn cảm dòng được tích hợp vào mạch đầu vào hoặc đầu ra của bộ biến tần (VFD) để tạo ra từ trường giới hạn dòng điện bằng cách tạo ra điện áp ngược với dòng điện. Chúng bảo vệ chống lại các xung đột biến, xung động và sóng hài và có thể được lắp đặt ở phía đầu vào hoặc phía đầu ra của VFD. Khi được lắp đặt ở phía đầu vào, chúng được gọi là lò phản ứng dòng, trong khi các cuộn cảm ở phía đầu ra được gọi là lò phản ứng tải.

Cuộn cảm dòng được sử dụng trong VFD có định mức 1 KVA và có hiệu quả trong việc quản lý dòng điện hình sin và sóng hài, đặc biệt là khi có hiện tượng méo hài đáng kể. Bằng cách đưa điện áp có cực ngược với điện áp được áp dụng, cuộn cảm dòng làm giảm tốc độ thay đổi dòng điện và giới hạn dòng điện được áp dụng.

Cuộn cảm dòng ba pha được kết nối với nguồn điện chính dẫn đến bộ biến tần, giúp giảm thiểu sóng hài được tạo ra trong quá trình chỉnh lưu nguồn điện chính cho liên kết DC. Chúng rất cần thiết để giảm thiểu dòng điện bổ sung do bộ biến tần hoặc các thiết bị khác sử dụng và giải quyết các vấn đề phát sinh do sự cố trong nguồn điện chính.

Khi có khoảng cách đáng kể, trên 100 feet, giữa động cơ và VFD, một lò phản ứng tải được sử dụng để ngăn chặn các xung điện áp tăng đột biến do khoảng cách xa. Trong bối cảnh này, cuộn cảm đường dây giúp giảm dòng điện xuống mức an toàn, bảo vệ các thyristor của VFD khỏi quá nhiệt và hư hỏng. Thiết lập này có lợi khi nhiều ổ đĩa được kết nối hoặc khi mất cân bằng nguồn điện.

Cuộn cảm đường dây được đặt nối tiếp trên đường dây điện AC và được thiết kế để cải thiện chất lượng điện năng cũng như giảm hiệu ứng EMI. Chúng được sử dụng trong các hệ thống điều khiển động cơ và đường dây điện.
 

Cuộn cảm RF

Cuộn cảm RF là cuộn cảm cố định được thiết kế để chặn tín hiệu AC tần số cao từ các thiết bị tần số vô tuyến trong khi vẫn cho phép tín hiệu DC tần số thấp đi qua. Chúng có hiệu quả loại bỏ mọi tần số ngoại trừ tín hiệu DC. Cuộn cảm RF có trở kháng cao trên một dải tần số rộng để làm suy yếu các tần số không mong muốn. Các tần số cao hơn gặp phải điện trở đáng kể, ngăn cản chúng đi qua.

Cuộn cảm RF thường bao gồm một cuộn dây cách điện quấn quanh lõi từ hoặc hạt ferit gắn vào dây. Các mẫu cuộn dây được thiết kế để giảm thiểu điện dung riêng và tăng cường hiệu suất.

Cuộn cảm RF được sử dụng trong các mạch tần số vô tuyến, chẳng hạn như trong ăng-ten và máy phát, để ngăn tín hiệu RF làm gián đoạn chức năng của mạch. Độ tự cảm cao và điện trở thấp của chúng khiến chúng rất phù hợp để chặn tín hiệu RF trong khi vẫn cho phép tín hiệu tần số thấp hơn đi qua.
 

Cuộn cảm nguồn

Tương tự như cuộn cảm RF, cuộn cảm nguồn được sử dụng để lọc nhiễu và đảm bảo nguồn điện ổn định. Chúng được thiết kế đặc biệt để loại bỏ gợn sóng AC khỏi đầu ra DC, do đó cung cấp điện áp DC ổn định. Cuộn cảm nguồn thường được đặt giữa nguồn điện chính và bộ biến tần để làm phẳng các dao động dòng điện. Chúng có độ tự cảm cao và điện trở thấp, cho phép chúng lọc nhiễu hiệu quả trong khi vẫn cho phép tín hiệu DC đi qua.

Bộ lọc EMI chủ động (AEF)
Bộ lọc EMI chủ động sử dụng bộ khuếch đại hoạt động (op-amp) và mạch điện tinh vi để xử lý cả nhiễu chế độ chung và nhiễu chế độ vi sai. Các bộ lọc này cung cấp giải pháp nhỏ gọn và hiệu quả để loại bỏ EMI, sử dụng các thành phần có diện tích nhỏ. Thiết kế kết hợp bộ khuếch đại hoạt động cùng với tụ điện và điện trở để tạo ra mạch hợp lý. Bộ lọc EMI chủ động giúp giảm cả kích thước và chi phí lọc EMI trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao.

Bộ lọc EMI chủ động hoạt động bằng cách phát hiện nhiễu tần số cao tại đầu vào nguồn và tạo ra dòng điện nhiễu chống lại được đưa trở lại nguồn điện. Chúng cung cấp khả năng loại bỏ nhiễu chế độ chung từ 15 dB đến 30 dB cho các tần số từ 100 kHz đến 3 MHz bằng cách tạo ra đường dẫn có điện trở thấp cho nhiễu chế độ chung.

Trong khi bộ lọc EMI thụ động tương đối cồng kềnh và chiếm khoảng 30% thể tích và trọng lượng của bộ chuyển đổi, bộ lọc EMI chủ động nhỏ gọn hơn và cung cấp hiệu suất chất lượng cao. Bộ lọc EMI chủ động bao gồm mạch cảm biến tiếng ồn, bộ điều khiển cộng hưởng và mạch tiêm tiếng ồn. Chúng cung cấp cấu trúc đơn giản hơn, dải tần số hoạt động rộng, độ ổn định tuyệt vời và giảm kích thước, trọng lượng và chi phí của cuộn cảm chế độ chung. Thiết kế này phù hợp với những tiến bộ trong điện tử công suất thế hệ tiếp theo, tập trung vào mật độ cao hơn, hiệu suất được cải thiện và trọng lượng giảm.
 

Bộ lọc EMI lõi vô định hình

Bộ lọc EMI lõi vô định hình sử dụng lõi làm từ kim loại vô định hình và mang lại những lợi ích đáng kể, bao gồm độ thẩm thấu cao và tổn thất lõi tối thiểu ở tần số cao. Các bộ lọc này có hiệu quả trên một dải tần số rộng, giúp chúng có thể thích ứng với nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Đặc tính thẩm thấu cao và tổn thất thấp của chúng cho phép thiết kế nhỏ gọn, vừa nhỏ hơn vừa nhẹ hơn các loại khác mà không làm giảm hiệu suất.

Lõi kim loại vô định hình được chế tạo từ hợp kim không kết tinh, thường bao gồm sắt, silic và bo. Cấu trúc đặc biệt này mang lại cho chúng các đặc tính từ tính khiến lõi kim loại vô định hình đặc biệt hiệu quả trong việc giảm thiểu EMI, đặc biệt là khi có các xung điện áp cao.

Bộ lọc EMI lõi vô định hình được áp dụng trong nhiều tình huống, bao gồm nguồn điện, bộ truyền động động cơ, hệ thống viễn thông và thiết bị âm thanh/video. Chúng có hiệu quả làm giảm cả EMI dẫn và bức xạ, đảm bảo các thiết bị điện tử nhạy cảm hoạt động chính xác và ngăn ngừa nhiễu với các thiết bị lân cận.

Bộ lọc EMI lõi vô định hình có nhiều loại khác nhau, bao gồm cấu hình chế độ chung và chế độ vi sai. Bộ lọc chế độ chung nhắm vào nhiễu ảnh hưởng đến cả dây pha và dây trung tính, trong khi bộ lọc chế độ vi sai tập trung vào nhiễu xảy ra giữa dây pha và dây trung tính.
 

Nguyên nhân gây ra nhiễu điện từ (EMI) là gì?

Nhiễu điện từ xảy ra khi dòng điện không mong muốn can thiệp vào các tín hiệu mong muốn của thiết bị điện tử. Nhiễu này, thường được gọi là nhiễu hoặc nhiễu điện từ, có thể bắt nguồn từ các nguồn bên ngoài hoặc do các thành phần bên trong chính thiết bị tạo ra. EMI có thể làm gián đoạn hoạt động bình thường của thiết bị, dẫn đến các hành vi không mong muốn, sự cố về chất lượng tín hiệu, hỏng linh kiện, trục trặc tạm thời hoặc thậm chí là hư hỏng vĩnh viễn.

Cả hai loại EMI dẫn và bức xạ đều có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến thiết bị và hiệu suất của thiết bị. Các tác động có thể từ giảm chức năng và suy giảm hiệu suất đến hỏng toàn bộ hệ thống. Điều này làm nổi bật tầm quan trọng của bộ lọc EMI trong việc duy trì độ tin cậy và hiệu quả của các hệ thống điện tử.
 

Nguyên nhân tự nhiên

Các nguồn EMI tự nhiên không thể đoán trước và có thể xảy ra đột ngột, thường gây ra thiệt hại đáng kể và lâu dài cho các thiết bị không được bảo vệ. Trong những tình huống quan trọng, EMI tự nhiên có thể ảnh hưởng đến thiết bị quân sự, hệ thống theo dõi điện tử và công nghệ vận tải, vốn đặc biệt dễ bị tổn thương do xã hội phụ thuộc nhiều vào các thiết bị điện tử.
 

Các loại EMI tự nhiên

- Sét đánh
- Bão mặt trời
- Tiếng ồn vũ trụ
- Tĩnh điện
- Bão điện khí quyển
- Bão từ mặt trời
- Bão bụi

Ánh sáng mặt trời có thể gây nhiễu sóng vệ tinh khi nó chiếu trực tiếp vào phía sau vệ tinh, tạo ra tiếng ồn điện từ làm gián đoạn tín hiệu liên lạc. Bão tuyết cũng có thể ảnh hưởng đến dịch vụ điện thoại di động, tạo ra nhiễu sóng vô tuyến hoặc gây nhiễu cho máy tính xách tay và máy tính.
 

Nguyên nhân do con người – Dân dụng

EMI dân dụng chủ yếu phát sinh từ tín hiệu không dây và nhiều thiết bị điện tử khác nhau. Mặc dù thường không gây ra thiệt hại nghiêm trọng, nhưng nó có thể dẫn đến sự gián đoạn dịch vụ khó chịu và ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của các thiết bị điện tử.

Khi xã hội ngày càng phụ thuộc vào các thiết bị điện tử và các sáng kiến, số lượng nguồn EMI đã tăng lên. Sự gia tăng của các tiện ích điện tử đã dẫn đến mật độ dòng điện từ cao hơn. Các thiết bị như điện thoại di động, máy tính xách tay và máy tính bảng thường được sử dụng gần nhau, làm tăng khả năng tác động của EMI.

Thiết bị điện tử hiện đại, với hiệu suất được cải thiện, có xu hướng tạo ra nhiều nhiễu điện từ hơn. Việc theo đuổi hiệu suất cao hơn khiến các thiết bị hoạt động ở tần số cao hơn, tạo ra tiếng ồn điện từ trên phổ tần số rộng hơn. Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất bộ lọc EMI phát triển các giải pháp đáp ứng nhu cầu hiện đại và bảo vệ các thiết bị quan trọng.


Nhiều loại EMI dân dụng của con người
- Điện thoại di động
- Máy tính xách tay
- Thiết bị Wi-Fi
- Thiết bị Bluetooth
- Máy theo dõi trẻ em
- Lò vi sóng
- Lò nướng bánh mì
- Chăn điện
- Tấm sưởi
- Máy sưởi
- Đèn
 

Nguyên nhân do con người – Công nghiệp

Do bản chất của thiết bị công nghiệp, chúng có khả năng gây ra EMI trên diện rộng và nhiễu nghiêm trọng đối với các công nghệ thiết yếu. Danh sách các nguồn EMI công nghiệp là vô tận và có thể gây ra tác động rộng rãi như gián đoạn bệnh viện, hoạt động quân sự và lưới điện. Ví dụ về các nguồn EMI tần số cao bao gồm máy phát, máy biến áp, bộ biến tần, bộ vi xử lý và bộ điều khiển.
 

Các loại EMI trong ngành công nghiệp của con người

Động cơ điện và máy phát điện tạo ra tiếng ồn tần số cao và hoạt động theo chu kỳ liên tục để duy trì hoạt động của nhà máy và sản xuất.

Mạng di động và truyền điện thoại là viễn thông có dây và không dây tạo ra EMI. Lưới điện di động liên tục phát triển khi ngày càng nhiều người tiêu dùng sử dụng điện thoại di động. Tiếng ồn được tạo ra là mối đe dọa nghiêm trọng đối với các thiết bị điện tử.
Truyền hình, giống như truyền di động, gây ra EMI trong các thiết bị dân dụng và công nghiệp.

Sóng vô tuyến và sóng vệ tinh được truyền đi khắp thế giới và có thể gây nhiễu cho mạng di động và thiết bị nhạy cảm.
Lưới điện Đường dây truyền tải điện có điện áp cao và tần số thấp có thể gây nhiễu các thiết bị điện tử. Tăng đột biến điện áp, sụt áp hoặc tăng đột biến điện áp, mất điện và sụt áp gây ra nhiễu điện từ trong thiết bị được kết nối với lưới điện.

Hệ thống vận hành Đường sắt và Hệ thống vận tải công cộng tạo ra EMI từ hệ thống đẩy, tín hiệu và điều khiển của chúng, hoạt động ở điện áp và dòng điện cao ảnh hưởng đến các thành phần của hệ thống vận tải và thiết bị điện khác.

Thiết bị y tế tạo ra EMI từ thiết bị hỗ trợ sự sống, thiết bị X-quang, MRI, đơn vị phẫu thuật điện và đơn vị đo từ xa. EMI có thể gây ratrục trặc hoặc gây nhiễu cho các thiết bị y tế khác.
 

Nhiễu trong Hệ thống

Ngoài các nguồn EMI tự nhiên và nhân tạo, các nguồn nhiễu bên trong hệ thống cũng đóng một vai trò. Ví dụ, mạch kỹ thuật số trong điện thoại thông minh có thể gây nhiễu việc thu và truyền tín hiệu. Mạch phức tạp với các thành phần nhạy cảm được đặt gần bộ quản lý nguồn điện áp cao có thể dẫn đến nhiễu điện từ giữa các thành phần. Các nhà thiết kế phải xem xét mật độ thành phần và tác động của nó đến EMI để đảm bảo các mạch nhạy cảm hoạt động bình thường.

Các thiết bị điện tử hiện đại thường sử dụng nguồn điện chế độ chuyển mạch để đạt hiệu suất cao. Tuy nhiên, việc bật và tắt các bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong các nguồn điện này tạo ra EMI. Sự can thiệp này có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng bộ lọc EMI chế độ vi sai (DM).
 

Làm thế nào để chọn bộ lọc EMI?

Trước khi chọn bộ lọc EMI, điều quan trọng là phải đánh giá các yêu cầu cụ thể của hệ thống điện. Các bộ lọc EMI khác nhau có các giới hạn, dải tần số và phương pháp triệt tiêu khác nhau. Xem lại các bảng dữ liệu bộ lọc bao gồm dữ liệu và bảng mất chèn, biểu thị mức mất công suất tín hiệu giữa đầu vào và đầu ra của bộ lọc và độ suy giảm được cung cấp ở các tần số cụ thể, được đo bằng decibel.

Tiếng ồn dẫn, dù là tiếng ồn chung hay tiếng ồn khác biệt, phụ thuộc vào vị trí và phương pháp truyền của nó. Trong quá trình thu thập dữ liệu, biểu đồ cho cả tiếng ồn chung và tiếng ồn khác biệt đều có sẵn. Phân tích dữ liệu này giúp xác định biên độ hỏng hóc cho từng tần số, đánh giá xem bộ lọc có đủ độ suy giảm để đưa mức tiếng ồn xuống dưới giới hạn chấp nhận được hay không. Các thử nghiệm tương tự cũng nên được tiến hành đối với tiếng ồn bức xạ.

Sau khi thu thập dữ liệu, điều quan trọng là phải xem xét các yêu cầu và thông số kỹ thuật của hệ thống, bao gồm điện áp, dòng điện, nhiệt độ hoạt động và nhiệt độ môi trường, điện áp chịu đựng điện môi, dòng điện rò rỉ và loại hệ thống cấp nguồn. Đánh giá các thông số kỹ thuật này đảm bảo rằng bộ lọc có thể xử lý các nhu cầu của hệ thống mà không ảnh hưởng đến hiệu suất hoặc độ tin cậy.

Điện áp định mức - điện áp tối đa được áp dụng cho đầu vào. Vượt quá điện áp tối đa sẽ làm hỏng các thành phần trong bộ lọc.

- Điện áp cách ly - được đo giữa các đường dây đầu vào và đất
- Dòng điện định mức - dòng điện tối đa chạy qua bộ lọc EMI
- Nhiệt độ hoạt động - nhiệt độ hoạt động tối đa của thiết bị
- Dòng điện rò rỉ - dòng điện chạy qua đất. Bộ lọc EMI góp phần tạo ra dòng điện rò rỉ cho nguồn điện. Dòng điện rò rỉ có giới hạn được quy định và là một cân nhắc về thiết kế.
 

Điện áp đầu vào

Bộ lọc EMI một pha thường được định mức ở mức 250 VAC và tương thích với bất kỳ điện áp AC nào dưới ngưỡng này. Đối với hệ thống ba pha, bộ lọc thường được định mức ở mức 480 VAC. Một số bộ lọc một pha có định mức lên đến 277 VAC hoặc 300 VAC cho các ứng dụng điện áp cao hơn.
 

Định mức dòng điện

Định mức dòng điện cho bộ lọc EMI có thể dao động từ dưới 1 ampe đến hơn 1000 ampe. Định mức này cho biết dòng điện liên tục tối đa mà bộ lọc có thể xử lý trong phạm vi nhiệt độ được chỉ định. Định mức này phải bằng hoặc vượt quá dòng điện đầu vào tối đa của thiết bị. Mặc dù hầu hết các bộ lọc có thể chịu được dòng điện khởi động cao hơn, nhưng chúng có thể hỏng nếu vượt quá dòng điện định mức trong thời gian dài.

Để xác định định mức dòng điện của thiết bị, việc kiểm tra chứng chỉ an toàn của thiết bị, chẳng hạn như báo cáo UL, có thể hữu ích. Báo cáo cung cấp thông tin chi tiết về đầu vào danh nghĩa tải đầy đủ và định mức bộ lọc được khuyến nghị. Nguồn điện bổ sung và tải AC có thể yêu cầu bộ lọc có định mức khác nhau.
 

Nhiệt độ

Có hai cân nhắc về nhiệt độ: nhiệt độ môi trường và nhiệt độ hoạt động. Nhiệt độ môi trường là nhiệt độ tối đa mà bộ lọc có thể xử lý toàn bộ dòng điện định mức của nó, thường là từ 40°C đến 50°C. Nếu nhiệt độ hoạt động vượt quá định mức nhiệt độ môi trường của bộ lọc, định mức dòng điện phải được hạ xuống.

Nhiệt độ hoạt động là phạm vi mà bộ lọc có thể hoạt động an toàn, thường là từ -25°C đến 85°C hoặc 100°C đối với hầu hết các bộ lọc. Sử dụng bộ lọc ngoài phạm vi này có thể dẫn đến hỏng hóc linh kiện.
 

Dòng rò rỉ

Dòng điện rò rỉ là dòng điện chạy từ dây pha và dây trung tính xuống đất khi điện áp đường dây được áp dụng cho bộ lọc. Điều này là do tụ điện pha-đất bên trong bộ lọc. Bộ lọc EMI có tụ điện Y có thể thêm dòng điện rò rỉ bổ sung. Các tiêu chuẩn quy định giới hạn dòng điện rò rỉ và phải tuân thủ nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn.
 

Hệ thống điện

Hệ thống điện khác nhau trên toàn cầu và bao gồm các cấu hình ngoài một pha, tam giác 3 pha và hình chữ Y 3 pha. Bộ lọc EMI được thiết kế cho các cấu hình này và mạch DC nhưng có thể được điều chỉnh cho các hệ thống khác với các điều chỉnh tối thiểu. Điều cần thiết là phải xác định và khớp loại nguồn điện đầu vào với bộ lọc đã chọn.
 

Các giai đoạn

Thuật ngữ "các giai đoạn" đề cập đến số lần lặp lại mạch trong bộ lọc. Bộ lọc một giai đoạn có một mạch, trong khi bộ lọc hai giai đoạn và nhiều giai đoạn bao gồm các mạch bổ sung. Việc tăng số lượng giai đoạn thường làm tăng hiệu suất của bộ lọc.
 

Điện thế cao (Hipot)

Kiểm tra hipot đánh giá độ bền điện môi của lớp cách điện bằng cách áp dụng điện áp DC giữa đường dây và mặt đất. Kiểm tra này giúp xác định các điểm yếu trong lớp cách điện hoặc lỗi sản xuất. Điện áp được sử dụng là giá trị định mức được chỉ định bởi các tiêu chuẩn an toàn, mặc dù các yêu cầu cao hơn có thể cần phải điều chỉnh bộ lọc.
 

Kích thước

Bộ lọc EMI có nhiều kích thước, mức hiệu suất, kết nối và loại lắp khác nhau. Trong một số trường hợp, có thể cần các bộ lọc được thiết kế riêng để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng cụ thể.
 

Loại thiết bị

Loại thiết bị và các thành phần của thiết bị rất quan trọng trong việc lựa chọn bộ lọc EMI phù hợp. Cho dù là bộ chuyển đổi AC/DC, thiết bị sản xuất, thiết bị y tế, mô-đun RF hay các thiết bị khác, bộ lọc phải phù hợp với bản chất của ứng dụng. Các yếu tố như tần số xung nhịp và tần số chuyển mạch ảnh hưởng đến hồ sơ phát xạ của bộ lọc EMI.
 

Một số mẹo lắp bộ lọc EMI là gì?

Trong hệ thống điện, cáp và hệ thống dây điện có thể hoạt động như ăng-ten đối với tiếng ồn tần số cao, đặc biệt là khi sử dụng nguồn điện khung mở mà không có lớp che chắn như trong các loại kín. Thiết kế nguồn điện thường đặt ra những thách thức đáng kể trong việc loại bỏ và giảm thiểu phát xạ bức xạ và phát xạ dẫn tần số cao. Để giải quyết hiệu quả tiếng ồn tần số cao, điều quan trọng là phải lắp bộ lọc EMI vì nó giúp ngăn chặn sự ghép nối tiếng ồn trở lại qua chế độ bức xạ.

Thực hiện theo các khuyến nghị lắp đặt bộ lọc EMI sau đây có thể giúp đảm bảo hiệu suất bộ lọc tối ưu:

Xếp hạng dòng điện cho bộ lọc đã chọn phải khớp với xếp hạng dòng điện tối đa cho hệ thống mà nó sẽ được kết nối, tức là ampe bình phương trung bình căn bậc hai (RMS) tối đa của tải. Khi có bộ ngắt mạch, bộ lọc EMI phải đáp ứng hoặc vượt quá xếp hạng của bộ ngắt mạch.

Bộ lọc phải được lắp ở nơi có đoạn cáp chạy ngắn nhất.

Để có kết quả tốt nhất, bộ lọc phải được lắp càng gần nguồn EMI càng tốt, có thể là ổ đĩa, nguồn điện liên tục, biến tần hoặc một thành phần khác. Nếu đặt xa nguồn EMI hơn, khả năng lan truyền tiếng ồn sẽ lớn hơn.

Để tuân thủ các yêu cầu về bộ lọc EMI, bộ lọc phải được lắp gần điểm nguồn điện vào hoặc POE.

Bộ lọc EMI vách ngăn được lắp vào các lỗ trên thành hộp điện tử sao cho chúng có thể truyền tín hiệu từ bên ngoài vào hộp bên trong. Chúng được bắt bu lông hoặc hàn vào thành hộp. Bộ lọc EMI vách ngăn được lắp tại điểm nguồn điện vào với lớp chắn để cách ly đầu vào và đầu ra.

Dây và cáp ở đầu vào bộ lọc phải được giữ càng ngắn càng tốt với cáp đầu vào được chắn khi cần.

Các đầu nối cấp quân sự đã đáp ứng các thông số kỹ thuật MIL, đã được thử nghiệm để đảm bảo sản phẩm đáp ứng các dung sai của quân đội. Bộ lọc EMI được lắp trên đầu nối cấp MIL hoặc lắp vách ngăn.

Bộ lọc EMI cho nguồn điện được chắn phải được lắp trên cáp đầu ra để thu tiếng ồn từ bên trong hệ thống.

Cáp phải được định tuyến ra khỏi nguồn tiếng ồn để giúp giảm phát xạ EMI.

Bất cứ khi nào có thể, tốt nhất là lắp bộ lọc EMI trực tiếp vào tấm kim loại nối đất, sao cho bộ lọc hoạt động như một bộ nối đất. Bằng cách lắp bộ lọc vào mặt phẳng nối đất, các đường dây nối đất được lưu lại và tạo ra một bộ nối đất EMI trở kháng thấp.

Bước cuối cùng trong quy trình là kiểm tra hệ thống để đảm bảo rằng nguồn điện đến tất cả các mạch trong hệ thống được cung cấp từ phía đầu ra của bộ lọc và không có nguồn điện nào chưa được lọc.

Nguồn EMI thường yêu cầu một phương pháp tiếp cận đa diện để giảm thiểu hiệu quả. Trong quá trình lắp đặt, việc có nhiều bộ lọc EMI là rất có lợi. Phương pháp tiếp cận này giúp tăng hiệu quả lắp đặt và giảm tổng chi phí bộ lọc. Các nhà sản xuất và nhà cung cấp bộ lọc EMI thường cung cấp dịch vụ hỗ trợ để hỗ trợ lựa chọn, thiết kế và lắp đặt bộ lọc, cũng như hướng dẫn về định tuyến cáp và kỹ thuật khử nhiễu.
 

Bộ lọc EMI gồm những thành phần nào?

Các thành phần chính của bộ lọc EMI bao gồm tụ điện và cuộn cảm. Tụ điện được sử dụng để chuyển hướng nhiễu ra khỏi tải, trong khi cuộn cảm chặn hoặc giảm nhiễu. Ngoài ra, bộ lọc EMI có thể bao gồm các thành phần bảo vệ mạch như cầu chì, varistor oxit kim loại, điện trở giới hạn dòng điện đột biến đầu vào và bộ triệt điện áp thoáng qua đầu ra.
 

Các thành phần bảo vệ mạch

Cầu chì

Cầu chì bảo vệ nguồn điện và các dây dẫn cấp vào nguồn điện bằng cách được đặt nối tiếp với đầu vào. Cầu chì được lắp trên đầu cuối đầu vào không nối đất, đảm bảo rằng khi cầu chì mở, không có điện áp nào đến nguồn điện. Cầu chì được lựa chọn dựa trên điện áp, dòng điện, thời gian phản hồi và yêu cầu về nhiệt độ hoạt động của ứng dụng.
 

Varistor

Thuật ngữ "varistor" bắt nguồn từ sự kết hợp giữa "biến thiên" và "điện trở", phản ánh chức năng của nó. Varistor cung cấp khả năng bảo vệ quá áp thông qua kẹp điện áp. Nó tự động điều chỉnh điện trở khi điện áp dao động và được thiết kế để hấp thụ năng lượng tức thời. Cầu chì đầu vào được lắp giữa varistor và nguồn điện đầu vào.
 

Điện trở giới hạn dòng điện đột biến đầu vào

Điện trở giới hạn dòng điện đột biến đầu vào giúp quản lý dòng điện đột biến ban đầu khi điện áp AC được đưa vào nguồn điện. Điều này rất cần thiết để xử lý quá trình sạc nhanh tụ điện xảy ra tại thời điểm điện áp đầu vào được áp dụng.
 

Bộ triệt điện áp tức thời đầu ra (TVS)

Những thay đổi nhanh chóng trong tải có thể khiến điện áp đầu ra dao động, dẫn đến cái được gọi là phản ứng tức thời. Bộ triệt điện áp tức thời (TVS) chuyển hướng các xung điện áp này do các nguồn bên ngoài gây ra tại đầu ra để bảo vệ nguồn điện. Mặc dù varistor có thể hoạt động như một TVS, nhưng nó thường không được sử dụng ở phía đầu ra do điện áp đầu ra thấp hơn so với phía đầu vào.
 

Các thành phần của Bộ lọc EMI

Cuộn cảm DM
Cuộn cảm chế độ vi sai (DM), kết hợp với tụ điện đầu vào, hoạt động như một bộ lọc LC thông thấp để giảm thiểu điện áp nhiễu dẫn trên các dây dẫn đầu vào, ngăn không cho nhiễu này ảnh hưởng đến nguồn điện. Nó được thiết kế để xử lý hiệu quả dòng điện đầu vào cực đại.
 

Cuộn cảm CM

Cuộn cảm chế độ chung (CM) tạo ra điện trở đáng kể để giảm dòng điện chế độ chung chạy qua các dây dẫn đầu vào. Các ký hiệu trên cuộn cảm CM biểu thị hướng và hướng cuộn dây. Các cuộn cảm này được lựa chọn dựa trên khả năng quản lý dòng điện tối đa và đảm bảo tiêu tán công suất đầy đủ.
 

Tụ điện đầu vào

Tụ điện đầu vào được định vị trên các đường dây điện đầu vào để chuyển hướng nhiễu vi sai và ngăn nhiễu này đến nguồn điện. Các tụ điện này được chế tạo theo tiêu chuẩn an toàn X hoặc Y, cho phép chúng được kết nối trực tiếp với đường dây đầu vào AC và chịu được các điều kiện đột biến.
 

Tụ điện cách ly an toàn Y

Tụ điện Y được đặt giữa đầu vào và đầu ra để giảm thiểu nhiễu điện áp chế độ trên nguồn điện đầu ra. Tụ điện này được thiết kế để hỏng an toàn như một mạch hở nếu có sự cố giữa đầu vào và đầu ra. Tụ điện cách ly an toàn Y này rất cần thiết do dạng sóng được tạo ra bởi bóng bán dẫn chuyển mạch chính và điện dung ký sinh giữa các mặt sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp cách ly.
 

Lọc đầu ra

Các thành phần lọc được đặt ở đầu ra của nguồn điện và gần với tải. Các thành phần này được lựa chọn dựa trên hiệu quả của chúng trong việc giảm thiểu điện áp gợn sóng đầu ra xuống mức có thể chấp nhận được đối với tải.
 

Lợi ích của việc sử dụng bộ lọc EMI là gì?

Bộ lọc EMI có nhiều cấu hình khác nhau, chẳng hạn như giá đỡ bảng mạch với lớp phủ nhựa hoặc thủy tinh, giá đỡ bề mặt tương thích với bố cục PCB, giá đỡ bảng mạch, đầu nối d-subminiature và cả bộ lọc đường dây điện một pha và ba pha. Về cơ bản, có một bộ lọc EMI phù hợp với hầu hết mọi loại ứng dụng điện tử, điện, tín hiệu và AC/DC. Vai trò của chúng rất quan trọng trong việc duy trì hiệu suất cao và độ tin cậy của các thiết bị điện tử.
 

Bảo vệ thiết bị

Bộ lọc EMI chủ yếu được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện tử. Chúng ngăn không cho thiết bị nhạy cảm bị ảnh hưởng bởi cả tiếng ồn dẫn và tiếng ồn bức xạ, có thể dẫn đến hư hỏng và các vấn đề về vận hành. Tất cả các thiết bị điện tử đều cần được trang bị bộ lọc EMI để đảm bảo chúng hoạt động bình thường.
 

Quy định

Đảm bảo an toàn cho thiết bị điện tử liên quan đến việc tuân thủ một bộ quy tắc, quy định và tiêu chuẩn toàn diện. Các quy định này đặc biệt có liên quan trong các môi trường công nghiệp nơi sử dụng bộ lọc EMI vì chúng có thể tạo ra EMI và RFI đáng kể. Các nhà sản xuất bộ lọc EMI hiểu rõ về các yêu cầu này và đảm bảo sản phẩm của họ đáp ứng mọi tiêu chuẩn cần thiết. Việc không tuân thủ các quy định về EMI có thể dẫn đến tiền phạt, hình phạt và thậm chí là đóng cửa ở nhiều quốc gia.
 

Độ tin cậy của hệ thống

Mặc dù thiết bị điện tử dân dụng có thể không gặp phải vấn đề này thường xuyên, nhưng nhiễu tần số cao có thể dẫn đến việc đóng cửa hệ thống trong môi trường công nghiệp và sản xuất. Bộ lọc EMI đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động không bị gián đoạn của các hệ thống điện tử bằng cách ngăn ngừa nhiễu, lỗi và trục trặc. Hiệu quả của chúng trong việc giảm thiểu các vấn đề cũng giúp giảm chi phí bảo trì và sửa chữa, tác động tích cực đến tổng chi phí.

Bộ lọc EMI góp phần tiết kiệm chi phí dài hạn, nâng cao độ tin cậy của hệ thống và đảm bảo tính liên tục của hoạt động, phù hợp với cả các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế. Khi độ phức tạp của mạch điện tử tăng lên, khả năng xảy ra nhiễu điện từ cũng tăng theo, làm tăng nguy cơ xảy ra lỗi vận hành. Bộ lọc EMI rất cần thiết để giảm thiểu những rủi ro này và đảm bảo hiệu suất ổn định, không có lỗi.
 

Tuân thủ Kế hoạch EMC

Kế hoạch EMC cung cấp tổng quan toàn diện về sản phẩm mới