Nhiễu điện từ là một thách thức lớn trong thiết kế và vận hành thiết bị điện tử. Việc hiểu rõ nguyên nhân và các biện pháp giảm thiểu EMI sẽ giúp bảo vệ các thiết bị khỏi các ảnh hưởng tiêu cực, đảm bảo độ tin cậy và an toàn cho hệ thống điện tử. Trong môi trường tự nhiên, nhiễu điện từ có thể được sinh ra từ rất nhiều nguồn khác nhau với đa dạng tác nhân. Tuy nhiên, có thể tổng hợp lại dưới 7 nguyên nhân chính dưới đây:
1. Nguyên nhân từ Thiết bị điện tử
Các thiết bị điện tử có khả năng gây ra nhiễu điện từ trong quá trình hoạt động, đặc biệt khi sử dụng các linh kiện bán dẫn hoặc mạch điện có tần số chuyển mạch cao.
Nguồn xung (Switched-mode Power Supply – SMPS)
- Nguyên lý hoạt động: SMPS sử dụng các linh kiện bán dẫn như MOSFET hoặc IGBT để chuyển đổi dòng điện với tần số cao nhằm nâng cao hiệu suất. Khi các linh kiện này đóng/mở, chúng tạo ra các xung điện từ có tần số cao.
- Tác động: Các xung điện này có thể gây nhiễu điện từ dẫn (Conducted EMI) qua dây nguồn và nhiễu bức xạ (Radiated EMI) qua không khí.
Bộ biến tần (Inverter)
- Nguyên lý hoạt động: Inverter chuyển đổi dòng điện DC thành AC bằng cách sử dụng các kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM). Quá trình này tạo ra các tín hiệu có tần số cao, dẫn đến nhiễu điện từ.
- Tác động: Nhiễu từ inverter có thể ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử nhạy cảm trong cùng một hệ thống điện.
Linh kiện bán dẫn
- Các linh kiện bán dẫn như diode, transistor, và IC thường gây ra nhiễu trong quá trình chuyển mạch.
- Khi dòng điện chuyển đổi nhanh chóng giữa các trạng thái, nó tạo ra các xung điện từ không mong muốn.
2. Nguyên nhân từ Thiết bị cơ điện
Thiết bị cơ điện như động cơ, máy biến áp, và máy phát điện cũng là nguồn gây ra nhiễu điện từ đáng kể.
Động cơ điện
- Hiện tượng chổi than: Trong các động cơ sử dụng chổi than, tiếp xúc không ổn định giữa chổi than và cổ góp gây ra các tia lửa điện (spark), tạo ra nhiễu điện từ mạnh.
- Tác động từ trường quay: Từ trường quay tạo ra bởi động cơ có thể ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử gần đó.
Máy biến áp
- Dòng từ hóa (Inrush Current): Khi máy biến áp được khởi động, dòng từ hóa lớn có thể gây ra nhiễu xung điện.
- Từ trường rò rỉ: Máy biến áp tạo ra từ trường có thể gây nhiễu cho các mạch điện tử nhạy cảm ở gần.
3. Nguyên nhân từ Thiết bị truyền thông và phát sóng
Thiết bị phát sóng vô tuyến và điện thoại di động
- Các thiết bị này phát ra sóng điện từ ở dải tần số cao (MHz hoặc GHz), có thể gây nhiễu cho các thiết bị điện tử hoạt động ở dải tần số tương tự.
- Ví dụ: Thiết bị Wi-Fi, Bluetooth, điện thoại di động có thể gây nhiễu cho các thiết bị âm thanh, màn hình máy tính hoặc các hệ thống đo lường nhạy cảm.
Radar và hệ thống thông tin liên lạc
- Sóng điện từ từ các hệ thống radar hoặc thông tin liên lạc có thể tạo ra nhiễu bức xạ mạnh, ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử cách xa vài km.
4. Nguyên nhân từ Sự phóng điện tĩnh điện (Electrostatic Discharge – ESD)
- Phóng điện tĩnh xảy ra khi có sự tích tụ điện tích trên bề mặt của vật thể và được giải phóng đột ngột, gây ra các xung điện từ ngắn và mạnh.
- Nguồn gốc: Sự phóng điện tĩnh có thể xảy ra khi một người chạm vào thiết bị điện tử, khi các vật liệu cách điện cọ xát vào nhau hoặc trong các môi trường khô.
- Tác động: ESD có thể gây nhiễu tạm thời hoặc làm hỏng linh kiện nhạy cảm như vi xử lý, IC.
5. Nguyên nhân từ Hiện tượng điện từ tự nhiên
Sét đánh
- Sét đánh tạo ra sóng điện từ rất mạnh, có thể gây nhiễu trong phạm vi vài km. Khi sét đánh vào đường dây điện hoặc gần thiết bị điện tử, nó có thể tạo ra xung điện cao áp, làm hỏng thiết bị hoặc gây nhiễu lớn.
- Tác động: Nhiễu do sét đánh có thể làm gián đoạn tín hiệu truyền thông, gây hỏng thiết bị điện tử và ảnh hưởng đến mạng lưới điện.
Nhiễu từ mặt trời (Solar EMI)
- Hoạt động mặt trời có thể tạo ra các sóng điện từ và gió mặt trời ảnh hưởng đến từ trường Trái đất, gây nhiễu trong các hệ thống truyền thông vệ tinh và tín hiệu radio.
6. Nguyên nhân từ thiết kế mạch điện không tối ưu
- Dây dẫn không được che chắn (Shielding) tốt: Các dây dẫn tín hiệu hoặc nguồn không được che chắn tốt có thể dễ dàng thu hoặc phát ra nhiễu điện từ.
- Kỹ thuật nối đất (Grounding) kém: Nối đất không đúng cách có thể dẫn đến sự chênh lệch điện áp và tạo ra dòng điện gây nhiễu trong mạch.
- Cấu trúc mạch in PCB không hợp lý: Đường dẫn tín hiệu quá dài, chạy song song hoặc không có lớp chắn điện có thể gây hiện tượng cảm ứng giữa các đường dẫn, tạo ra nhiễu chéo (crosstalk).
7. Nguyên nhân từ nhiễu trong dây cáp
Nhiễu xuyên âm (Crosstalk)
- Nhiễu xảy ra khi tín hiệu từ một dây dẫn này can thiệp vào dây dẫn khác, thường gặp trong các bó cáp truyền tín hiệu.
- Tác động: Gây suy giảm tín hiệu, méo tín hiệu hoặc gây lỗi dữ liệu.
Nhiễu do sóng phản xạ (Reflected Wave Interference)
- Khi tín hiệu điện không được truyền đi một cách trơn tru, nó có thể bị phản xạ trở lại trên dây dẫn, tạo ra các sóng phản xạ, gây nhiễu trong hệ thống.
Trên đây là một số thông tin cơ bản về Nguyên nhân gây ra hiện tượng Nhiễu điện từ. Để biết thêm các thông tin khác về hiện tượng Nhiễu điện từ cùng các phương pháp ngăn ngừa ảnh hưởng của Nhiễu điện từ đến các thiết bị trong gia đình, có thể tham khảo trong bài viết: Nhiễu điện từ.
