Nhiễu điện từ là gì? Các biện pháp chống nhiễu điện từ

Trong thời đại công nghệ số phát triển mạnh mẽ, các thiết bị điện tử ngày càng trở nên phổ biến và phức tạp hơn. Tuy nhiên, sự hoạt động ổn định và chính xác của các thiết bị này thường bị ảnh hưởng bởi hiện tượng nhiễu điện từ (EMI) – những tín hiệu điện không mong muốn phát sinh từ môi trường xung quanh hoặc chính các thiết bị khác. Do đó, chống nhiễu điện từ trở thành một yếu tố quan trọng trong thiết kế và sản xuất thiết bị điện tử, nhằm bảo vệ mạch điện khỏi sự xâm nhập và phát tán sóng điện từ gây nhiễu, giúp đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị. Bài viết dưới đây, Cáp điện VN sẽ chia sẻ cho bạn biết về Nhiễu điện từ là gì? Chống nhiếu điện từ là gì? Phân loại và các biện pháp chống nhiễu điện từ.

Nhiễu điện từ là gì?

Nhiễu điện từ (EMI – Electromagnetic Interference) là hiện tượng các sóng điện từ không mong muốn phát sinh từ một nguồn bên ngoài gây ra sự can thiệp, nhiễu loạn hoặc làm gián đoạn hoạt động bình thường của các thiết bị điện tử và hệ thống truyền thông.

Nguyên nhân gây ra nhiễu điện từ

Nguyên nhân gây ra nhiễu điện từ (EMI) có thể được chia thành nhiều nhóm chính như sau:

Thiết bị điện tử công suất cao và linh kiện bán dẫn

Các thiết bị sử dụng linh kiện bán dẫn chuyển mạch tần số cao như bộ nguồn chuyển mạch (SMPS), bộ biến tần (inverter), transistor, diode,… tạo ra các xung điện từ gây nhiễu dẫn và nhiễu bức xạ.

Thiết bị cơ điện

Động cơ điện (đặc biệt động cơ sử dụng chổi than gây tia lửa), máy biến áp (dòng từ hóa lớn và trường rò rỉ), máy phát điện,… phát sinh trường điện từ mạnh ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử gần đó.

Thiết bị truyền thông và phát sóng vô tuyến

Các thiết bị phát sóng Wi-Fi, điện thoại di động, radar, hệ thống thông tin liên lạc phát ra sóng điện từ ở tần số cao có thể gây nhiễu cho các thiết bị khác hoạt động cùng dải tần.

Phóng điện tĩnh điện (ESD)

Sự tích tụ và phóng điện tĩnh xảy ra giữa các bề mặt vật thể hoặc khi người tiếp xúc với thiết bị tạo ra các xung điện từ mạnh, gây nhiễu hoặc hỏng linh kiện nhạy cảm.

Hiện tượng điện từ tự nhiên

Sấm sét và các hiện tượng bức xạ mặt trời (tia cực tím, gió mặt trời) phát ra các xung điện từ rất mạnh, có thể gây gián đoạn, hỏng thiết bị điện tử xa phạm vi vài km.

Thiết kế mạch điện không tối ưu

Dây dẫn không được che chắn kỹ, nối đất kém, bố trí mạch in (PCB) không hợp lý gây hiện tượng cảm ứng, cộng hưởng, nhiễu chéo (crosstalk), tạo ra nhiễu điện từ nội bộ trong hệ thống.

Nhiễu trong dây cáp

Nhiễu xuyên âm (crosstalk) giữa các dây dẫn tín hiệu và nhiễu do sóng phản xạ trên dây dẫn gây suy giảm và méo tín hiệu điện.

Tóm lại, nhiễu điện từ chủ yếu bắt nguồn từ các thiết bị điện tử có linh kiện bán dẫn chuyển mạch tần số cao, thiết bị cơ điện gây trường điện từ mạnh, thiết bị phát sóng vô tuyến, hiện tượng phóng điện tĩnh và các yếu tố tự nhiên như sấm sét, cùng với các vấn đề thiết kế và kết nối trong hệ thống điện

Chống nhiễu điện từ là gì?

Chống nhiễu điện từ ( tiếng anh là EMI shielding) là kỹ thuật sử dụng các vật liệu dẫn điện hoặc từ tính để bao bọc, che chắn một phần hoặc toàn bộ mạch điện tử nhằm ngăn chặn hoặc giảm thiểu sự xâm nhập của sóng điện từ từ môi trường bên ngoài vào thiết bị, cũng như hạn chế năng lượng sóng điện từ phát ra từ thiết bị ra môi trường xung quanh.

Cơ chế chống nhiễu điện từ

Cơ chế chống nhiễu điện (hay chính xác hơn là chống nhiễu điện từ – EMI) bao gồm các phương pháp và vật liệu được sử dụng để ngăn chặn hoặc giảm thiểu ảnh hưởng của sóng điện từ gây nhiễu đến thiết bị điện tử và mạch điện. Theo các nghiên cứu và ứng dụng hiện nay, có ba cơ chế chính trong chống nhiễu điện từ:

Phản xạ (Reflection)

• Sóng điện từ bị phản xạ lại khỏi bề mặt vật liệu chống nhiễu nhờ tính dẫn điện cao của vật liệu đó.
• Vật liệu dẫn điện như kim loại có hạt mang điện tự do giúp tạo ra điện từ trường đối nghịch, triệt tiêu sóng điện từ bên ngoài.
• Hiệu quả chống nhiễu phụ thuộc vào độ dẫn điện và tính liên tục của lớp che chắn; các khe hở lớn hơn bước sóng sẽ làm giảm hiệu quả.

Hấp thụ (Absorption)

• Vật liệu có tính dẫn điện và từ tính hấp thụ năng lượng sóng điện từ, chuyển hóa thành nhiệt hoặc năng lượng khác.
• Các vật liệu này có hằng số điện môi và độ thấm từ cao, tạo ra dòng điện bên trong vật liệu làm suy giảm sóng điện từ.
• Thường dùng trong các vật liệu composite hoặc foam có cấu trúc xốp, giúp tán xạ và hấp thụ nhiều lần sóng điện từ.

Phản xạ nhiều lần (Multiple Reflection)

• Sóng điện từ bị tán xạ và phản xạ nhiều lần trong cấu trúc vật liệu xốp hoặc composite.
• Quá trình này làm giảm cường độ sóng điện từ khi đi qua vật liệu, tăng hiệu quả chống nhiễu.

Các biện pháp kỹ thuật chống nhiễu điện từ phổ biến:

• Che chắn vật lý (Shielding): Sử dụng vỏ kim loại, lưới kim loại, gioăng chống nhiễu (EMI gasket) để bao bọc linh kiện, mạch điện.
• Lọc tín hiệu (Filtering): Dùng tụ điện, cuộn cảm tạo bộ lọc loại bỏ sóng nhiễu tần số cao.
• Thiết kế mạch tối ưu: Bố trí dây dẫn, mặt đất hợp lý, tránh dây tín hiệu song song kéo dài.
• Dây cáp chống nhiễu: Cáp có lớp bọc kim loại hoặc lưới dẫn điện để bảo vệ tín hiệu bên trong.

Cơ chế chống nhiễu điện dựa trên việc sử dụng vật liệu và thiết kế để phản xạ, hấp thụ và tán xạ sóng điện từ, từ đó ngăn chặn hoặc giảm thiểu sự xâm nhập và phát tán nhiễu điện từ trong thiết bị điện tử và mạch điện, giúp đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của hệ thống.

Phân loại và Biện pháp chống nhiễu điện từ

Các biện pháp chống nhiễu điện từ (EMI) được phân loại theo cơ chế và phương pháp thực hiện chính như sau:

1. Che chắn nhiễu điện từ (EMI Shielding)

• Phản xạ EMI: Sử dụng vật liệu dẫn điện có hạt mang điện di động (kim loại, bạc mạ) để phản xạ sóng điện từ, làm suy giảm thành phần điện của nhiễu. Hiệu quả phụ thuộc vào độ dẫn điện và sự liên tục của lớp che chắn, cần hạn chế khe hở lớn hơn bước sóng.
• Hấp thụ điện từ: Vật liệu có tính dẫn điện và từ tính cao hấp thụ thành phần từ của sóng điện từ, chuyển hóa năng lượng nhiễu thành nhiệt hoặc năng lượng khác. Thường dùng vật liệu composite, foam hoặc silicone đặc biệt.
• Phản xạ nhiều lần: Áp dụng trong vật liệu composite hoặc cấu trúc xốp, sóng điện từ bị phản xạ và tán xạ nhiều lần bên trong vật liệu, làm giảm cường độ nhiễu.

2. Lọc tín hiệu (Signal Filtering)

• Sử dụng các bộ lọc tần số cao như tụ điện, cuộn cảm (LC filter) để loại bỏ sóng nhiễu không mong muốn trước khi tín hiệu đi vào thiết bị.
• Bộ lọc EMI giúp giảm nhiễu ở cả tần số cao và thấp.

3. Sử dụng dây cáp bọc chống nhiễu

• Dây cáp có lớp bọc kim loại hoặc lưới dẫn điện bảo vệ tín hiệu bên trong khỏi nhiễu từ môi trường bên ngoài.
• Giúp giảm nhiễu lan truyền qua đường dây tín hiệu hoặc nguồn điện.

4. Nối đất và làm kín

• Nối đất tốt giúp dẫn nhiễu xuống đất, tránh ảnh hưởng đến mạch điện.
• Làm kín các khe hở, lỗ trên vỏ thiết bị bằng gioăng chống nhiễu (EMI gasket) hoặc keo dẫn điện để ngăn sóng điện từ lọt qua.

5. Tối ưu hóa thiết kế mạch

• Bố trí linh kiện, dây dẫn hợp lý, tránh dây tín hiệu song song dài.
• Sử dụng mặt đất chung hiệu quả, giảm vòng lặp nhiễu.
• Giảm tốc độ chuyển mạch của các linh kiện để hạn chế phát sinh nhiễu.

6. Sử dụng vật liệu chống nhiễu đặc biệt

• Các vật liệu như Green Tourmaline, Black Tourmaline, Orgonite có khả năng hấp thụ hoặc trung hòa sóng điện từ, bảo vệ thiết bị khỏi tác động của trường điện từ.

Các biện pháp này kết hợp sử dụng vật liệu che chắn, thiết kế mạch hợp lý, lọc tín hiệu và lựa chọn linh kiện phù hợp nhằm giảm thiểu tối đa tác động của nhiễu điện từ, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và chính xác trong môi trường có nhiều nguồn nhiễu.

Trên đây là những điểm nổi bật về nhiễu điện từ là gì? Chống nhiễu điện từ là gì? Chống nhiễu điện từ là quá trình sử dụng các vật liệu và kỹ thuật chuyên dụng để che chắn, hấp thụ và phản xạ sóng điện từ, hạn chế tối đa tác động tiêu cực của nhiễu lên thiết bị điện tử. Việc áp dụng hiệu quả các giải pháp chống nhiễu không chỉ nâng cao độ ổn định và tuổi thọ của thiết bị mà còn góp phần tạo ra môi trường điện từ sạch hơn, đảm bảo sự tương thích và an toàn trong hệ thống điện hiện đại.