Le interferenze elettromagnetiche (EMI) sono da tempo una sfida persistente nel funzionamento dei dispositivi elettronici, che influisce sia sulla stabilità del dispositivo emittente che sulle apparecchiature circostanti. La tecnologia di filtraggio EMI attivo è emersa come una soluzione innovativa, riducendo o eliminando attivamente i disturbi elettromagnetici per migliorare le prestazioni di compatibilità elettromagnetica (EMC).

Il filtraggio EMI tradizionale si basa su componenti passivi come resistori (R), condensatori (C) e induttori (L) disposti in configurazioni RC, LC o RLC. Sebbene questi filtri passivi offrano semplicità ed economicità, presentano limitazioni in determinate applicazioni, in particolare per quanto riguarda le dimensioni fisiche e le prestazioni specifiche per frequenza. Il filtraggio EMI attivo impiega componenti elettronici attivi come amplificatori operazionali e transistor, combinati con strategie di controllo, per fornire una soppressione EMI più flessibile ed efficiente. Anche le soluzioni ibride che integrano elementi attivi e passivi stanno guadagnando terreno per un equilibrio ottimale tra prestazioni e costi.

Gli organismi di regolamentazione internazionali, tra cui la Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) e la Federal Communications Commission (FCC), applicano rigorosi standard EMC che definiscono i livelli di radiazione elettromagnetica e interferenza condotta consentiti. Queste normative proteggono i servizi essenziali come le comunicazioni wireless e la radiodiffusione dalle interferenze elettroniche incrociate. La conformità a questi standard rende i filtri EMI componenti indispensabili per garantire un funzionamento affidabile in ambienti elettromagnetici complessi.

Le apparecchiature di conversione di potenza, inclusi convertitori CC/CC, inverter e raddrizzatori, costituiscono una delle principali fonti di EMI a causa delle operazioni di commutazione che generano transitori di corrente/tensione ad alta frequenza. Poiché l'elettronica di potenza prolifera nei settori industriale e automobilistico, la domanda di filtraggio EMI attivo continua a crescere. Anche le applicazioni di telecomunicazione guidano l'innovazione nella soppressione delle EMI irradiate, con tecniche come il clock a spettro esteso e la schermatura elettromagnetica che vedono un'ampia adozione.

Traendo ispirazione dall'annullamento attivo del rumore acustico, il filtraggio EMI attivo funziona generando segnali a fase invertita per contrastare le interferenze. Un filtro EMI attivo standard comprende tre fasi essenziali:

• Fase di rilevamento: Rileva il rumore EMI nei circuiti utilizzando trasformatori di corrente per corrente ad alta frequenza o divisori capacitivi per la tensione, replicando accuratamente le caratteristiche del segnale di rumore.
• Fase elettronica: Elabora i segnali rilevati tramite amplificazione e inversione di fase utilizzando amplificatori operazionali, amplificatori di strumentazione o transistor.
• Fase di iniezione: Introduce i segnali elaborati nel circuito con fase opposta per l'annullamento, in genere tramite percorsi capacitivi per la corrente o trasformatori in serie per la tensione.

Un principio di progettazione fondamentale assicura che i filtri attivi influenzino solo il rumore ad alta frequenza senza alterare il funzionamento CC o a frequenza di linea.

Il rumore EMI si manifesta in due forme principali:

• Modo comune (CM): Rumore che appare simultaneamente con fase identica su più conduttori rispetto a terra.
• Modo differenziale (DM): Rumore che mostra fasi opposte tra i conduttori.

Ogni tipo richiede diverse topologie e configurazioni di filtri attivi per un'efficace soppressione.

I filtri EMI attivi implementano due approcci di controllo fondamentali:

• Controllo a feedback: Rileva il rumore al ricevitore e genera segnali di compensazione.
• Controllo feedforward: Rileva il rumore alla sorgente e produce segnali di contrasto.

Ogni strategia presenta vantaggi unici adatti a diversi contesti operativi.

La perdita di inserzione (IL) funge da metrica principale per l'efficacia del filtro, calcolata in decibel (dB) come:

IL = 20log ₁₀ (|V _senza | / |V _con |)

Dove V _senza e V _con rappresentano le tensioni di carico senza e con il filtro, rispettivamente. Valori IL più alti indicano una maggiore attenuazione, mentre valori inferiori a 1 significano un indesiderabile amplificazione del rumore.

Rispetto alle alternative passive, i filtri EMI attivi offrono:

• Ridotta dipendenza dalle caratteristiche di impedenza del sistema
• Prestazioni superiori ad alta frequenza senza grandi componenti passivi

Tuttavia, introducono considerazioni di progettazione tra cui:

• Requisito di alimentatori esterni
• Gestione della stabilità elettronica
• Requisiti di precisione per l'annullamento del rumore

Attraverso un'attenta ottimizzazione della progettazione, il filtraggio EMI attivo fornisce un percorso efficace per una maggiore compatibilità elettromagnetica, migliorando sia le prestazioni del dispositivo che l'affidabilità del sistema in ambienti elettronici sempre più complessi.