Elektromagnetische interferentie (EMI) is al lange tijd een hardnekkige uitdaging bij de werking van elektronische apparaten, die zowel de stabiliteit van het emitterende apparaat als de omliggende apparatuur beïnvloedt. Actieve EMI-filtertechnologie is naar voren gekomen als een innovatieve oplossing, die elektromagnetische storingen actief vermindert of elimineert om de prestaties van elektromagnetische compatibiliteit (EMC) te verbeteren.

Traditionele EMI-filtering vertrouwt op passieve componenten zoals weerstanden (R), condensatoren (C) en spoelen (L) die zijn gerangschikt in RC-, LC- of RLC-configuraties. Hoewel deze passieve filters eenvoud en kosteneffectiviteit bieden, hebben ze beperkingen in bepaalde toepassingen, met name met betrekking tot fysieke grootte en frequentiespecifieke prestaties. Actieve EMI-filtering maakt gebruik van actieve elektronische componenten zoals operationele versterkers en transistors, gecombineerd met controlestrategieën, om flexibelere en efficiëntere EMI-onderdrukking te leveren. Hybride oplossingen die zowel actieve als passieve elementen integreren, winnen ook aan populariteit voor een optimale balans tussen prestaties en kosten.

Internationale regelgevende instanties, waaronder de International Electrotechnical Commission (IEC) en de Federal Communications Commission (FCC), handhaven strenge EMC-normen die toelaatbare elektromagnetische straling en geleide interferentieniveaus definiëren. Deze voorschriften beschermen essentiële diensten zoals draadloze communicatie en omroep tegen elektronische kruisinterferentie. Naleving van deze normen maakt EMI-filters onmisbare componenten voor het garanderen van betrouwbare werking in complexe elektromagnetische omgevingen.

Stroomconversieapparatuur - waaronder DC/DC-omvormers, omvormers en gelijkrichters - vormt een belangrijke EMI-bron vanwege schakelbewerkingen die hoogfrequente stroom/spanningspieken genereren. Naarmate vermogenselektronica zich verspreidt over industriële en automobielsectoren, blijft de vraag naar actieve EMI-filtering groeien. Telecommunicatietoepassingen stimuleren ook innovatie in onderdrukking van stralings-EMI, waarbij technieken zoals spread-spectrum clocking en elektromagnetische afscherming wijdverbreid worden toegepast.

Geïnspireerd door akoestische actieve ruisonderdrukking, werkt actieve EMI-filtering door fase-omgekeerde signalen te genereren om interferentie tegen te gaan. Een standaard actief EMI-filter bestaat uit drie essentiële fasen:

• Detectiefase: Detecteert EMI-ruis in circuits met behulp van stroomtransformatoren voor hoogfrequente stroom of capacitieve delers voor spanning, waarbij de kenmerken van het ruissignaal nauwkeurig worden gerepliceerd.
• Elektronische Fase: Verwerkt gedetecteerde signalen door middel van versterking en fase-inversie met behulp van operationele versterkers, instrumentatieversterkers of transistors.
• Injectiefase: Introduceert verwerkte signalen terug in het circuit met een tegengestelde fase voor annulering, meestal via capacitieve paden voor stroom of serietransformatoren voor spanning.

Een cruciaal ontwerpprincipe zorgt ervoor dat actieve filters alleen hoogfrequente ruis beïnvloeden zonder de werking van DC of lijnfrequentie te veranderen.

EMI-ruis manifesteert zich in twee primaire vormen:

• Common Mode (CM): Ruis die tegelijkertijd met identieke fase op meerdere geleiders ten opzichte van aarde verschijnt.
• Differentieel Mode (DM): Ruis die tegengestelde fasen tussen geleiders vertoont.

Elk type vereist verschillende actieve filtertopologieën en -configuraties voor effectieve onderdrukking.

Actieve EMI-filters implementeren twee fundamentele benaderingen voor controle:

• Feedbackcontrole: Detecteert ruis bij de ontvanger en genereert compenserende signalen.
• Feedforwardcontrole: Detecteert ruis bij de bron en produceert tegenwerkende signalen.

Elke strategie biedt unieke voordelen die geschikt zijn voor verschillende operationele contexten.

Invoegverlies (IL) dient als de primaire maatstaf voor de effectiviteit van het filter, berekend in decibel (dB) als:

IL = 20log ₁₀ (|V _zonder | / |V _met |)

Waar V _zonder en V _met de belastingsspanningen zonder en met het filter vertegenwoordigen. Hogere IL-waarden duiden op een grotere demping, terwijl waarden onder de 1 ongewenste ruisversterking aangeven.

Vergeleken met passieve alternatieven bieden actieve EMI-filters:

• Minder afhankelijkheid van systeemimpedantie-eigenschappen
• Superieure hoogfrequente prestaties zonder grote passieve componenten

Ze introduceren echter ontwerpaspecten, waaronder:

• Vereiste voor externe voedingen
• Elektronisch stabiliteitsbeheer
• Precisie-eisen voor ruisonderdrukking

Door zorgvuldige ontwerpoptimalisatie biedt actieve EMI-filtering een effectieve weg naar verbeterde elektromagnetische compatibiliteit, waardoor zowel de prestaties van het apparaat als de betrouwbaarheid van het systeem worden verbeterd in steeds complexere elektronische omgevingen.