Nhiễu điện từ (EMI) là hiện tượng các sóng điện từ không mong muốn gây ra nhiễu loạn hoặc cản trở hoạt động của thiết bị điện tử. Nhiễu này có thể xuất phát từ nhiều nguồn như thiết bị điện công suất lớn, điện thoại di động, và các hệ thống phát sóng vô tuyến. EMI ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất, độ chính xác và độ tin cậy của các thiết bị, đặc biệt là trong môi trường công nghiệp, y tế và viễn thông.

Định nghĩa

Nhiễu điện từ là gì? Nhiễu điện từ (EMI) được định nghĩa là bất kỳ tín hiệu điện từ không mong muốn nào gây ra sự suy giảm, cản trở hoặc làm gián đoạn hoạt động bình thường của thiết bị điện tử. Theo các chuyên gia, nhiễu điện từ có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả nguồn tự nhiên và nhân tạo. Các nguồn nhiễu tự nhiên thường bao gồm sét, hiện tượng phóng điện tĩnh, và bức xạ vũ trụ. Tuy nhiên, trong môi trường công nghiệp và dân dụng hiện đại, các nguồn nhiễu nhân tạo lại chiếm phần lớn và gây ra những vấn đề nghiêm trọng hơn. Đó có thể là các thiết bị chuyển mạch công suất như biến tần, bộ nguồn xung, động cơ điện, hoặc thậm chí là các thiết bị thông dụng như điện thoại di động, lò vi sóng và máy tính.

Phân loại

Nhiễu điện từ có thể phân loại theo 3 cách:

• Nguồn nhiễu
• Thời gian nhiễu
• Băng thông của nhiễu

1. Nguồn nhiễu:

Một cách để phân loại nhiễu điện từ là xem xét nguồn gốc tạo ra các loại nhiễu. Dựa vào cách này, ta có thể chia nhiễu điện từ thành hai loại: nhiễu tự nhiên và nhiễu do con người tạo ra.

• Nhiễu tự nhiên bao gồm các tia trong vũ trụ, mặt trời, tuyết, bão, mưa và sấm sét,… là những ví dụ của hiện tượng tự nhiên có thế gây ra nhiễu điện từ trong hệ thống mạch điện tử của bạn. Đây là nguồn gây nhiễu chính và phổ biến trong các hệ thống radio, hệ thống radar, các ứng dụng không gian, vũ trụ, thiên văn vô tuyến, viễn thông,… Vì những loại nhiễu này, con người không thể kiểm soát được nên người thiết kế cần phải xem xét các yếu tố tự nhiên đối với hệ thống của mình.
• Nhiễu do con người tạo ra được phân chia thành 2 loại: chủ đích và không chủ đích. Nguồn chủ đích là nguồn mà tạo ra sóng điện từ nhằm mục đích hoạt động của chúng, ví dụ như tivi, điện thoại, Những tín hiệu này là quan trọng và không thể can thiệp. Vì vậy, để giảm tác động của chúng thì bằng cách tập trung bảo vệ các thiết bị còn lại dưới tác dụng của nguồn nhiễu. Nguồn không chủ đích sinh ra nhiễu điện từ không mong muốn trong quá trình hoạt động của chúng, đây là nguồn nhiễu phổ biến nhất trong các hệ thống. Nguồn không chủ đích bao gồm các thiết bị như: động cơ, thiết bị điện, biến tần, bộ chỉnh lưu,… Các nguồn nhiễu này phải được triệt tiêu để đảm bảo hoạt động bình thường của các thiết bị còn lại.
  

2. Thời gian nhiễu:

Ta có thể phân loại các loại nhiễu dựa vào khoảng thời gian xảy ra nhiễu. Dựa vào đây, người ta thường chia làm 2 loại: nhiễu liên tục và nhiễu dạng xung.

• Nhiễu liên tục là loại nhiễu mà nguồn nhiễu liên tục phát ra. Loại nhiễu này có thể do tự nhiên hoặc do con người tạo ra, nhưng chúng sẽ diễn ra liên tục miễn là đường dẫn nhiễu vẫn còn tồn tại giữa nguồn nhiễu và vật nhận nhiễu.
• Nhiễu dạng xung là loại nhiễu xảy ra không liên tục hoặc trong một thời gian rất ngắn. Loại nhiễu này cũng có thể do tự nhiên hoặc do con người tạo ra. Các chuyển mạch trong hệ thống là một trong số ví dụ về nguồn gây ra các loại nhiễu dạng xung này.

3. Băng thông của nhiễu:

Ta cũng có thể phân loại nhiễu dựa vào băng thông của chúng. Băng thông của nhiễu điện từ là dải tần số mà nhiễu tạo ra. Dựa vào đây, nhiễu được chia làm 2 loại: nhiễu băng thông hẹp và nhiễu băng thông rộng.

• Nhiễu băng thông hẹp là loại nhiễu bao gồm một tần số duy nhất và hoặc dải tần số băng thông hẹp, chúng có thể tạo ra từ một dạng dao động nào đó hoặc những tín hiệu giả do các dạng sai lệch trong máy phát. Trong hầu hết các trường hợp, loại nhiễu này ảnh hưởng không đáng kể đến thông tin liên lạc hoặc thiết bị điện tử và có thể điều chỉnh dễ dàng. Tuy nhiên, chúng cũng là một nguồn gây nhiễu cho hệ thống và cần được giữ trong một giới hạn cho phép.
• Nhiễu băng thông rộng là loại nhiễu không tạo ra các tần số đơn hay rời rạc, chúng chiếm phần lớn trong quang phổ từ, tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, và có thể do tự nhiên hoặc con người gây ra. Các nguyên nhân điển hình như phóng điện hồ quang và hào quang. Một số ví dụ như trường hợp gây ra nhiễu loại này được gọi là hiện tượng “Sun outage” đã diễn ra khi năng lượng mặt trời làm gián đoạn tín hiệu từ vệ tinh liên lạc. Một ví dụ khác được sinh ra từ hồ quang trong hệ thống đánh lửa, đường dây điện bị lỗi, đèn huỳnh quang kém,…
  

Tác động lên ngành công nhiệp

Sự giao thoa điện từ (EMI) không chỉ là sự bất tiện mà còn có thể gây ra sự gián đoạn nghiêm trọng trên nhiều ngành công nghiệp. Từ các thiết bị điện tử hàng ngày đến các hệ thống quan trọng, EMI có thể gây trục trặc, mất dữ liệu và thậm chí tạo ra rủi ro về an toàn. Sau đây là cách các lĩnh vực khác nhau bị ảnh hưởng.

Điện tử tiêu dùng

EMI có thể làm giảm hiệu suất và gây ra các sự cố khó chịu trên thiết bị điện tử sử dụng hàng ngày.

• Điện thoại và máy tính bảng: Bạn có thể gặp tiếng ồn tĩnh, cuộc gọi bị rớt hoặc Wi-Fi chậm. Những hiện tượng này thường là do EMI từ các thiết bị điện tử gần đó.
• Tivi và Radio: EMI có thể gây ra sự gián đoạn tín hiệu, hình ảnh mờ hoặc âm thanh nhiễu, khiến bạn khó có thể thưởng thức chương trình hoặc bản nhạc yêu thích.
• Máy tính & Máy tính xách tay: EMI có thể dẫn đến hỏng dữ liệu, hệ thống bị sập và hiệu suất chậm, đặc biệt là ở những văn phòng đông đúc có nhiều thiết bị không dây.

Trung tâm dữ liệu & Hệ thống kinh doanh

Trong các doanh nghiệp và trung tâm dữ liệu, EMI có thể gây ra hậu quả tốn kém, dẫn đến thời gian chết, mất dữ liệu và lỗi hệ thống.

• Hư hỏng dữ liệu: Sóng điện từ mạnh có thể thay đổi hoặc làm hỏng dữ liệu đã lưu trữ, dẫn đến hỏng hồ sơ và mất thông tin kinh doanh quan trọng.
• Sự cố máy chủ: EMI có thể gây ra tình trạng tắt máy đột ngột, sự cố kết nối và lỗi phần cứng, làm gián đoạn hoạt động kinh doanh và dịch vụ trực tuyến.

Thiết bị y tế và quân sự

Một số rủi ro nghiêm trọng nhất của EMI xảy ra trong chăm sóc sức khỏe và quốc phòng, nơi độ tin cậy là điều tối quan trọng.

• Thiết bị y tế (Máy tạo nhịp tim, Máy MRI): Sự can thiệp vào máy tạo nhịp tim có thể đe dọa tính mạng, trong khi máy MRI có thể đưa ra kết quả không chính xác nếu tiếp xúc với EMI mạnh.
• Truyền thông & Điều hướng Quân sự: EMI có thể làm gián đoạn GPS, radar và liên lạc vô tuyến, dẫn đến những hỏng hóc nghiêm trọng trong điều hướng, giám sát và hoạt động quân sự an toàn.

EMI Shielding, hay che chắn nhiễu điện từ, là kỹ thuật sử dụng vật liệu dẫn điện hoặc từ tính để giảm hoặc chuyển hướng trường điện từ (EMF). Kỹ thuật này giúp bảo vệ thiết bị điện tử khỏi nhiễu từ bên ngoài và ngăn thiết bị phát ra nhiễu ảnh hưởng đến các bộ phận xung quanh.

EMI Shielding

EMI Shielding, hay còn gọi là che chắn nhiễu điện từ, là kỹ thuật sử dụng vật liệu dẫn điện hoặc từ tính để giảm hoặc chuyển hướng trường điện từ (EMF) để bảo vệ các thiết bị điện tử khỏi nhiễu điện từ từ bên ngoài và ngăn chặn thiết bị gây nhiễu đến các bộ phận xung quanh. Đây là một biện pháp quan trọng để đảm bảo rằng các thiết bị điện tử hoạt động ổn định và hiệu quả.

Để chống lại EMI, các kỹ thuật chủ yếu tập trung vào việc ngăn chặn hoặc giảm thiểu sự xâm nhập của sóng điện từ vào thiết bị điện tử. Ba phương pháp chính được sử dụng bao gồm:

Phản xạ: Sử dụng vật liệu dẫn điện như kim loại (đồng, nhôm, thép) tạo ra rào cản, phản xạ sóng điện từ ra xa, ngăn chúng xâm nhập vào thiết bị.

Hấp thụ: Vật liệu hấp thụ (ferrite, cao su dẫn điện) hấp thụ năng lượng của sóng điện từ, chuyển hóa thành nhiệt, từ đó giảm tác động lên thiết bị.

Loại bỏ: Loại bỏ nguồn nhiễu hoặc di chuyển thiết bị nhạy cảm ra xa nguồn nhiễu là giải pháp tối ưu nhưng không phải lúc nào cũng khả thi.