Nhiễu điện từ EMI là gì? Nguyên nhân, phân loại và EMI Shielding

Nhiễu điện từ EMI (Electromagnetic Interference) là gì? Đây hiện tượng tín hiệu điện từ không mong muốn phát sinh từ một nguồn và truyền sang mạch điện tử lân cận, gây rối loạn hoặc làm suy giảm chức năng của thiết bị nhận. EMI lan truyền qua hai con đường chính: dẫn truyền qua dây dẫn và bức xạ qua không gian. Hiện tượng này còn được gọi là RFI (Radio Frequency Interference) khi nhiễu xảy ra trong dải tần số vô tuyến.

Trong sản xuất và thiết kế điện tử công nghiệp, EMI là nguyên nhân phổ biến gây lỗi tín hiệu, treo thiết bị và giảm tuổi thọ linh kiện. Các giải pháp kiểm soát EMI — bao gồm vật liệu EMI Shielding (chắn/phản xạ sóng) và EMI Absorbing Material (hấp thụ sóng) — là yêu cầu bắt buộc trong thiết kế thiết bị đạt tiêu chuẩn EMC.

EMI là gì?

EMI, viết tắt của Electromagnetic Interference, hay nhiễu điện từ, là hiện tượng nhiễu do một nguồn bên ngoài tạo ra ảnh hưởng đến mạch điện tử thông qua các phương thức như cảm ứng điện từ, ghép tĩnh điện, hoặc dẫn điện. Khi nhiễu xảy ra trong dải tần số vô tuyến, nó còn được gọi là nhiễu tần số vô tuyến (RFI – Radio Frequency Interference). Hiện tượng này ảnh hưởng đến hoạt động của các mạch điện tử và thiết bị thông qua môi trường cảm ứng điện từ và ghép điện dung. Hiểu rõ EMI là gì là điều kiện tiên quyết để đảm bảo các mạch và thiết bị điện tử hoạt động hiệu quả.

Phân loại EMI

EMI có thể được phân loại theo dải tần số của nguồn nhiễu:

Nhiễu băng hẹp (Narrowband EMI): Tập trung ở một tần số hoặc dải tần hẹp. Thường xuất hiện từ các bộ dao động, biến tần hoặc tín hiệu giả (spurious emission) từ mạch khuếch đại. Loại này tương đối dễ lọc bằng bộ lọc tần số (EMI filter).

Nhiễu băng rộng (Broadband EMI): Trải rộng trên nhiều tần số, thường phát sinh từ hồ quang điện, thiết bị đánh lửa, đèn huỳnh quang cũ hoặc quá trình chuyển mạch tốc độ cao. Khó xử lý hơn và thường đòi hỏi kết hợp nhiều giải pháp (lọc + chắn + tiếp đất).

Trong thực tế kỹ thuật, việc hiểu rõ EMI là gì và xác định đúng loại băng thông của nhiễu là bước đầu tiên để lựa chọn giải pháp EMI Shielding hoặc EMI Filter phù hợp.

Nguyên nhân gây ra Nhiễu sóng điện từ EMI

Hiện tượng Nhiễu sóng điện từ EMI ảnh hưởng đến thiết bị điện tử có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau.

Xét từ nguồn gây nhiễu, có 2 nguồn chính: tự nhiên và nhân tạo

Các nguồn tự nhiên:

• Ánh mặt trời: Tia cực tím và bức xạ mặt trời có thể gây nhiễu điện từ.
• Sấm sét: Sấm sét tạo ra các xung điện từ mạnh, có thể ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử trong phạm vi rộng.
• Chớp: Chớp cũng là một nguồn gây nhiễu mạnh, tương tự như sấm sét.

Các nguồn nhân tạo:

• Sóng điện thoại: Các tín hiệu từ điện thoại di động có thể gây nhiễu đến các thiết bị điện tử khác.
• Vi sóng: Lò vi sóng và các thiết bị phát sóng vi sóng khác có thể là nguồn gây nhiễu.
• Các thiết bị điện tử khác: Máy tính, tivi, và các thiết bị điện tử gia dụng khác cũng có thể phát sinh nhiễu điện từ.Tầm quan trọng của che chắn điện từ EMI Shielding.

Xét từ cơ chế lan truyền nhiễu, có 4 cơ chế chính:

Dẫn truyền qua dây dẫn (Conductive coupling) Nhiễu truyền trực tiếp qua đường dây điện, cáp nguồn hoặc đường mạch in. Phổ biến trong hệ thống có nguồn switching (SMPS), biến tần. Giải pháp: EMI filter trên đường nguồn, tụ bypass.

Ghép điện dung (Capacitive / Electric field coupling) Xảy ra khi hai vật dẫn đặt gần nhau tạo thành tụ điện ký sinh. Điện trường từ mạch nguồn nhiễu cảm ứng điện áp sang mạch tín hiệu lân cận. Phổ biến trong thiết kế PCB mật độ cao. Giải pháp: tăng khoảng cách giữa các trace, thêm lớp đất (ground plane).

Ghép cảm ứng từ (Inductive / Magnetic field coupling) Dòng điện biến thiên tạo từ trường cảm ứng EMF sang mạch lân cận (nguyên lý máy biến áp). Thường xảy ra ở vùng tần số thấp đến trung. Giải pháp: tăng khoảng cách, định hướng vuông góc giữa các cuộn dây, dùng vật liệu có độ từ thẩm cao.

Bức xạ điện từ (Radiative coupling) Nguồn nhiễu phát sóng điện từ ra không gian, sóng đó tác động lên mạch nhận như anten. Phổ biến ở tần số cao (MHz–GHz). Đây là cơ chế mà EMI Shielding Material xử lý hiệu quả nhất.

Tác động của Nhiễu sóng điện từ EMI đến các thiết bị điện tử là gì?

Nhiễu sóng điện từ EMI có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của các thiết bị điện tử. Các ví dụ về sự cố do EMI gây ra bao gồm:

• Giảm hiệu suất: Nhiễu điện từ có thể làm giảm hiệu suất của các thiết bị, khiến chúng hoạt động không ổn định.
• Hỏng hóc thiết bị: Trong một số trường hợp, nhiễu mạnh có thể gây hỏng hóc phần cứng của thiết bị.
• Gián đoạn hoạt động: Các thiết bị quan trọng như máy bay, thiết bị y tế, và hệ thống thông tin liên lạc có thể bị gián đoạn hoạt động, gây nguy hiểm và thiệt hại lớn.

Vì vậy, giải pháp EMI Shielding ra đời để khắc phục các vấn đề liên quan đến Nhiễu song điện từ trên các thiết bị điện tử. 

Sau khi đã giải thích chi tiết EMI là gì, bài viết này sẽ tiếp tục cung cấp đầy đủ thông tin về giải pháp EMI Sheilding hiệu quả.

EMI Shielding là gì?

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.

EMI Shielding là phương pháp được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực quan trọng và đòi hỏi sự an toàn bền vững như Y Tế, Hàng Không Vũ Trụ, Quân sự. Vậy lợi ích mang lại của phương pháp EMI Shielding là gì? Có những vật liệu EMI hiệu suất cao nào thường được sử dụng? Hãy tiếp tục đọc bài viết để được giải thích chi tiết.

Phân biệt Shielding vs Absorbing

Tầm quan trọng của EMI Shielding

EMI Shielding có ứng dụng rộng rãi cho các thiết bị điện tử trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:

• Y tế: Bảo vệ các thiết bị y tế nhạy cảm khỏi nhiễu, đảm bảo chúng hoạt động chính xác.
• Quân sự: Bảo vệ các hệ thống thông tin và vũ khí khỏi nhiễu điện từ để duy trì hiệu suất cao.
• Viễn thông: Đảm bảo chất lượng tín hiệu và giảm thiểu sự gián đoạn trong các hệ thống truyền thông.

Để bổ sung thông tin về giải pháp Chống nhiễu điện từ EMI Shielding cho ngành Điện Tử, hãy đọc bài viết này để có thông tin chi tiết: Giải pháp chống nhiễu điện từ EMI trong thiết bị điện tử

Khi công nghệ đang ngày một phát triển và trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hằng này, các hiện tượng gây nhiễu điện từ/ nhiễu tín hiệu cũng trở nên đa dạng hơn. Những tín hiệu không thể nhìn thấy được bằng mắt thường này được phát ra từ nhiều nguồn khác nhau, ảnh hưởng tiêu cực đến những linh kiện yếu, nhạy cảm trong chính thiết bị đó và cả với các thiết bị xung quanh. Phát sinh ra nhiều vấn đề trong quá trình hoạt động của thiết bị điện tử với mức độ khác nhau.

Xử lý sóng điện từ nhiễu sẽ khó hơn đối với các linh kiện nhỏ có tốc độ xử lý nhanh. Trong trường hợp này, nhà sản xuất cần lựa chọn loại vật liệu có hiệu suất cao, nhưng vẫn phù hợp với kích thước nhỏ của thiết bị. Prostech cung cấp giải pháp chống nhiễu điện tử EMI, đặc biệt là các loại vật liệu chuyên biệt chất lượng cao, kích thước nhỏ, hiệu quả chống nhiễu cao. Hãy liên hệ Prostech để được tư vấn chi tiết về loại phù hợp cho ứng dụng của bạn.

Các loại vật liệu chống nhiễu điện từ EMI Shielding

Phương pháp Phản xạ và Hấp thụ được sử dụng trong chống nhiễu điện từ EMI, đồng nghĩa các loại vật liệu dẫn điện và các loại vật liệu hấp thụ năng lượng điện từ (Absorbing Material) là các loại vật liệu được khuyên dung nhiều trong các hệ thống bảo vệ linh kiện trước tác động của sóng điện từ đến từ môi trường bên ngoài. Việc lựa chọn loại vật liệu phù hợp phải dựa vào nhiều yếu tố, một số các giải pháp được sử dụng nhiều có thể kể đến như:

Lớp phủ bảo vệ EMI Shielding & Grounding

• Băng keo dẫn nhiệt, dẫn điện: 3M™ Electrically Conductive Double-Sided Tape 9711S Series
• Băng keo nhôm và vải: Băng keo nhôm 3M™ EMI 1170
• Băng keo xốp dẫn nhiệt, dẫn điện: tesa® 60246, Tglobal – TGJ3C Electrically Conductive Cushion Tape
• Graphite ngăn nhiễu điện từ: VieTape GP2801, Vietape GP4200

Lớp hấp thụ sóng điện từ gây nhiễu EMI Absorption

• Vật liệu silicone phủ hấp thụ nhiễu điện từ: Gluditec EMI6425, BERGQUIST GAP PAD TGP EMI4000, LOCTITE SI 5421, Momentive SnapSil CXE16-0226B
• Vật liệu dẻo, đàn hồi tốt chắn nhiễu và hấp thị nhiễu điện từ: 3M™ EMI Absorber AB6000, AB6000S, and AB6000G Series, VieTape EMI70 Series

Vật liệu hướng trường lực thông lượng FFDM tối ưu hoá hoạt động cho các thiết bị NFC, RFID và WPC

NFC (Near Field Communication – thiết bị kết nối trường gần), RFID (Radio-Frequency Identification – thiết bị nhận dạng tần sóng vô tuyến) và WPC (Wireless Power Consortium – các thiết bị sạc không dây) là các thiết bị thường xuyên phải đối mặt với các vấn đề liên quan đến nhiễu sóng điện từ và phải sử dụng đến các loại vật liệu FFDM (Flux Field Direction Material – Vật liệu hướng trường lực thông lượng) để tối đa hóa hiệu quả hoạt động.

NFC (Near Field Communication – thiết bị kết nối trường gần), RFID (Radio-Frequency Identification – thiết bị nhận dạng tần sóng vô tuyến) và WPC (Wireless Power Consortium – các thiết bị sạc không dây) là các thiết bị thường xuyên phải đối mặt với các vấn đề liên quan đến nhiễu sóng điện từ và phải sử dụng đến các loại vật liệu FFDM (Flux Field Direction Material) để tối đa hóa hiệu quả hoạt động.

Loại vật liệu FFDM này có thể giúp cải thiện hiệu quả hoạt động của các thiết bị sạc không dây, kết nối trường gần hay dải song mà thiết bị nhận dạng tần sóng vô tuyến cần đọc. FFDM cũng có thể sử dụng cho môi trường từ trường để bảo vệ các thiết bị điện từ nhạy cảm, dễ hư hỏng.

3M™ Flux Field Directional Material (FFDM) EM25TP

NFC (Near Field Communication – thiết bị kết nối trường gần), RFID (Radio-Frequency Identification – thiết bị nhận dạng tần sóng vô tuyến) và WPC (Wireless Power Consortium – các thiết bị sạc không dây) là các thiết bị thường xuyên phải đối mặt với các vấn đề liên quan đến nhiễu sóng điện từ và phải sử dụng đến các loại vật liệu FFDM (Flux Field Direction Material) để tối đa hóa hiệu quả hoạt động.

Thách thức và giải pháp của Chống nhiễu điện từ EMI Shielding là gì?

Xử lý nhiễu EMI đặc biệt khó khăn đối với các linh kiện nhỏ có tốc độ xử lý nhanh. Do đó, việc lựa chọn loại vật liệu phù hợp là rất quan trọng. Các giải pháp bao gồm:

• Sử dụng vật liệu chất lượng cao: Đảm bảo rằng vật liệu được sử dụng có khả năng chắn và hấp thụ nhiễu tốt.
• Thiết kế hợp lý: Thiết kế các mạch và vỏ bảo vệ sao cho tối ưu hóa khả năng chống nhiễu.

EMI là một hiện tượng phức tạp và có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho các thiết bị điện tử. Việc hiểu rõ về EMI và áp dụng các biện pháp EMI Shielding là cực kỳ quan trọng để bảo vệ các thiết bị và đảm bảo chúng hoạt động hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp về nhiễu điện từ EMI

EMI và RFI khác nhau như thế nào?

EMI (Electromagnetic Interference) là thuật ngữ tổng quát cho mọi nhiễu điện từ. RFI (Radio Frequency Interference) là tập con của EMI, chỉ nhiễu xảy ra trong dải tần số vô tuyến (thường từ 3 kHz đến 300 GHz). Trong thực tế kỹ thuật, hai thuật ngữ thường được dùng thay thế nhau.

EMI và EMC liên quan như thế nào?

EMC (Electromagnetic Compatibility) là khái niệm rộng hơn: một thiết bị đạt EMC có nghĩa là nó vừa không phát ra EMI đủ mức gây hại cho thiết bị khác (emission), vừa không bị ảnh hưởng bởi EMI từ môi trường (immunity). EMI là vấn đề cần giải quyết, EMC là tiêu chuẩn cần đạt.

Tiêu chuẩn nào quy định giới hạn EMI cho thiết bị điện tử?

Phổ biến nhất là họ tiêu chuẩn CISPR (do IEC ban hành) và FCC Part 15 (Mỹ). Tại châu Âu, thiết bị phải đạt tiêu chuẩn EN 55032 (emission) và EN 55035 (immunity) để dán nhãn CE. Tại Việt Nam, quy chuẩn QCVN 18 quy định giới hạn nhiễu vô tuyến cho thiết bị điện tử.

Vật liệu EMI Shielding cần đặc tính gì để hiệu quả?

Hiệu quả chắn sóng (Shielding Effectiveness, SE) đo bằng dB. Vật liệu cần có: độ dẫn điện cao (để phản xạ điện trường), độ từ thẩm cao (để suy giảm từ trường), và độ liên tục bề mặt tốt (không có khe hở). SE ≥ 40 dB thường đủ cho ứng dụng thương mại, ≥ 60 dB cho ứng dụng quân sự và y tế.

Prostech hiểu các vấn đề kỹ thuật liên quan đến Chống nhiễu điện từ EMI của các nhà sản xuất bảng mạch và thiết bị điện tử. Chúng tôi cung cấp đầy đủ giải pháp toàn diện, bao gồm tư vấn, vật liệu, thiết bị tự động hóa tra keo, dán băng dính. Chúng tôi có mạng lưới kho lưu trữ hàng toàn quốc, hỗ trợ khách hàng các thủ tục Logistics. Định vị là một nhà cung cấp toàn diện, Prostech luôn không ngừng cố gắng để trở thành đối tác tin cậy của các nhà sản xuất tại Việt Nam cũng như trên thị trường quốc tế. Hãy liên hệ với chúng tôi bằng cách để lại thông tin liên hệ phía dưới: