EN
Liên kết nhanh
Trong thế giới hiện đại ngày nay, nơi các hệ thống điện tử xuất hiện khắp mọi nơi, chúng ta thường không nhận ra mối đe dọa ẩn伏 của nhiễu điện từ (EMI). EMI xuất hiện theo nhiều cách phiền toái khác nhau, chẳng hạn như những đợt tăng điện áp không mong muốn làm gián đoạn thiết bị của chúng ta. Nó còn gây méo tín hiệu, làm cho dữ liệu mà chúng ta dựa vào trở nên kém chính xác hơn và thậm chí có thể dẫn đến thiết bị hoạt động theo cách không lường trước được và gây khó chịu. Hãy nghĩ xem, trong các lĩnh vực quan trọng như thiết bị y tế, nơi mỗi chỉ số đều ảnh hưởng đến sức khỏe của bệnh nhân, hoặc trong các hệ thống điều khiển ô tô giúp xe cộ vận hành mượt mà, những sự gián đoạn này có thể là một vấn đề lớn. Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra một thực tế đáng lo ngại: một con số đáng kinh ngạc 42% các sự cố thiết bị điện tử trong môi trường công nghiệp liên quan đến việc thiếu chiến lược xử lý EMI hiệu quả. Vì vậy, rõ ràng là chúng ta cần phải đối mặt nghiêm túc với vấn đề này.
Bây giờ chúng ta đã biết mức độ nghiêm trọng của vấn đề EMI có thể gây ra, hãy cùng xem xét một trong những cách để chống lại nó. Các cuộn cảm chuyên dụng đóng vai trò quan trọng. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Bạn có thể nghĩ đến chúng như những bộ lọc nhỏ cho các đường dây điện và tín hiệu của chúng ta, được thiết kế đặc biệt để xử lý nhiễu tần số cao. Cách mà chúng làm việc này thực sự rất thú vị. Đặc tính trở kháng của chúng tạo ra một dạng điện trở phụ thuộc vào tần số. Điện trở này hoạt động như một người gác cổng, ngăn chặn những hài ba không mong muốn đang gây ra mọi rắc rối, trong khi vẫn cho phép các tín hiệu mà chúng ta cần đi qua mà không gặp bất kỳ vấn đề nào. Những người thiết kế các cuộn cảm này luôn không ngừng phát triển những cách mới và tốt hơn để cải thiện hiệu quả hoạt động của chúng. Các thiết kế tiên tiến sử dụng kỹ thuật cuốn dây nhiều lớp, giống như việc cuộn dây cẩn thận thành nhiều lớp để tăng cường hiệu suất. Họ cũng sử dụng các vật liệu lõi tối ưu. Những vật liệu này được chọn để có khả năng chịu dòng điện tức thời, có thể lên tới 20A, đồng thời giữ cho giá trị cảm kháng ổn định, ngay cả khi nhiệt độ xung quanh thay đổi.
Vì chúng ta biết cuộn cảm là quan trọng để giảm nhiễu EMI, câu hỏi tiếp theo là làm thế nào để chọn những cuộn cảm phù hợp. Để ức chế hiệu quả nhiễu EMI, chúng ta cần đảm bảo rằng thông số của cuộn cảm phù hợp với các đặc trưng nhiễu cụ thể của hệ thống của chúng ta. Có một số tham số chính cần xem xét. Một trong số đó là mức độ dòng điện bão hòa. Điều này thường được đặt ở khoảng 150% - 200% so với dòng điện hoạt động. Tại sao điều này lại quan trọng? Chà, nếu cuộn cảm không xử lý dòng điện đúng cách, nó sẽ không hoạt động hiệu quả. Tham số quan trọng khác là các điểm tần số cộng hưởng tự nhiên. Điều này xác định tần số mà tại đó cuộn cảm có thể bắt đầu hoạt động theo cách không mong muốn. Và còn có giá trị điện trở DC. Tất cả những yếu tố này đều quan trọng khi chọn một cuộn cảm. Trong một số ngành công nghiệp, như ngành công nghiệp ô tô, yêu cầu thậm chí còn nghiêm ngặt hơn. Các linh kiện được sử dụng trong xe hơi phải có khả năng hoạt động tốt trong phạm vi nhiệt độ rộng, từ rất lạnh -40°C đến nóng 150°C. Ngoài ra, chúng cũng cần đáp ứng các tiêu chuẩn AEC-Q200, đảm bảo rằng chúng đáng tin cậy và an toàn để sử dụng trong các ứng dụng ô tô.
Sau khi chúng ta đã chọn được các cảm biến phù hợp, bước tiếp theo là sử dụng chúng một cách hiệu quả trong thiết kế mạch của chúng ta. Vị trí đặt các cảm biến dập nhiễu này trong bố cục PCB là cực kỳ quan trọng. Nó giống như việc sắp xếp đồ đạc trong phòng để tận dụng không gian tốt nhất. Chúng ta nên đặt các thành phần lọc, như các cảm biến, gần nguồn nhiễu. Các nguồn nhiễu này có thể là những thứ như bộ điều chỉnh chuyển đổi hoặc bộ tạo xung đồng hồ, vốn được biết đến là gây ra nhiều nhiễu điện từ. Ngoài ra, chúng ta cần giữ cho độ dài đường dẫn giữa các cảm biến và các mạch được bảo vệ ngắn nhất có thể. Điều này giúp giảm thiểu bất kỳ nhiễu bổ sung nào có thể xuất hiện. Và đừng quên về nối đất. Sử dụng các kỹ thuật nối đất đúng cách giống như cung cấp cho năng lượng điện không mong muốn một nơi an toàn để đi, giúp giảm nhiễu chung. Khi chúng ta đối phó với nhiễu RF ở trên 500MHz, một chiến lược tốt là đặt các hộp chắn kim loại lên các phần analog nhạy cảm. Điều này giống như đặt một lớp chắn bảo vệ xung quanh các phần này để ngăn chặn nhiễu.
Để thực sự hiểu rõ mức độ hiệu quả của các chiến lược này, hãy xem xét một số ví dụ từ thực tế đến từ các ngành công nghiệp khác nhau. Trong các hệ thống năng lượng tái tạo, cụ thể là trong bộ biến tần ba pha, khi các cuộn cảm được chỉ định đúng cách, điều tuyệt vời sẽ xảy ra. Có sự giảm 35% về phát thải dẫn truyền. Điều này có nghĩa là lượng nhiễu điện từ bị phát ra đã giảm đáng kể, điều này rất tốt cho hiệu suất tổng thể và độ tin cậy của hệ thống. Trong lĩnh vực y tế, các nhà sản xuất thiết bị chẩn đoán hình ảnh y khoa đã ghi nhận sự cải thiện lớn. Sau khi triển khai các bộ lọc EMI đa giai đoạn, họ báo cáo rằng số lần đọc sai đã giảm 60%. Đây là một vấn đề lớn vì các kết quả đọc chính xác là yếu tố cần thiết cho việc chẩn đoán đúng. Trong ngành công nghiệp ô tô, các nhà cung cấp hạng nhất đã đạt được sự cải thiện 50% về độ trọn vẹn tín hiệu CAN bus. Họ đã làm được điều này bằng cách sử dụng các mạng cuộn cảm tối ưu trong các đơn vị phân phối điện của xe điện. Những ví dụ này rõ ràng cho thấy rằng bằng cách sử dụng các chiến lược giảm nhiễu EMI phù hợp, chúng ta có thể đạt được những kết quả ấn tượng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Ngay cả sau khi chúng tôi đã thiết lập hệ thống với các thành phần và thiết kế phù hợp, chúng tôi vẫn cần chăm sóc chúng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt. Việc kiểm tra định kỳ bằng hình ảnh nhiệt là một cách tuyệt vời để làm điều này. Nó giống như việc sử dụng một chiếc camera đặc biệt để nhìn vào bên trong thiết bị của chúng ta. Những cuộc kiểm tra này có thể giúp chúng ta nhận diện xem có bất kỳ vấn đề nào về bão hòa lõi cảm ứng trước khi nó thực sự hỏng hóc. Chúng ta cũng có thể triển khai các hệ thống giám sát tự động. Các hệ thống này giống như những chú chó canh gác nhỏ luôn theo dõi sự thay đổi độ cảm ứng. Nếu độ cảm ứng thay đổi 15%, đó là dấu hiệu cho thấy thành phần có thể đang bắt đầu xuống cấp. Đối với các ứng dụng quan trọng, chẳng hạn như trong một số môi trường công nghiệp hoặc y tế nơi chúng ta không thể chấp nhận thời gian ngừng hoạt động, thì nên thiết lập các khoảng thời gian thay thế dựa trên giờ hoạt động. Bằng cách này, chúng ta có thể đảm bảo rằng hiệu suất giảm nhiễu EMI sẽ duy trì ổn định trong suốt vòng đời của thiết bị.
Thế giới quản lý tiếng ồn không ngừng phát triển, và có một số công nghệ mới nổi thực sự thú vị. Ví dụ, những tiến bộ gần đây đã dẫn đến việc phát triển các vật liệu lõi tinh thể nano. Các vật liệu này thật tuyệt vời vì chúng đã đạt được sự cải thiện 90% về tính thấm từ so với ferrit truyền thống. Điều này có nghĩa là chúng có khả năng xử lý trường từ tốt hơn rất nhiều, điều này rất quan trọng cho hiệu suất của cuộn cảm. Một công nghệ thú vị khác là cuộn cảm in 3D với kênh làm mát tích hợp. Những cuộn cảm này giống như những nhà máy nhỏ. Chúng có thể xử lý dòng điện cao hơn 40% nhờ hệ thống làm mát tích hợp. Và còn có các nền tảng mô phỏng được hỗ trợ bởi trí tuệ nhân tạo. Các nền tảng này giống như những trợ lý siêu thông minh. Chúng có thể dự đoán hành vi EMI với độ chính xác 92% trong giai đoạn thiết kế. Đây là một lợi thế lớn vì nó có nghĩa là chúng ta có thể đưa ra quyết định thiết kế tốt hơn ngay từ đầu và giảm đáng kể số lần cần phải xây dựng nguyên mẫu để thử nghiệm và sửa chữa.