تداخل الکترومغناطیسی (EMI) مدت‌هاست که یک چالش مداوم در عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی بوده و بر پایداری دستگاه ساطع‌کننده و تجهیزات اطراف تأثیر می‌گذارد. فناوری فیلتر EMI فعال به عنوان یک راه‌حل نوآورانه ظهور کرده است که به طور فعال اختلالات الکترومغناطیسی را کاهش یا حذف می‌کند تا عملکرد سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) را بهبود بخشد.

فیلتر EMI سنتی به اجزای غیرفعال مانند مقاومت‌ها (R)، خازن‌ها (C) و سلف‌ها (L) که در پیکربندی‌های RC، LC یا RLC مرتب شده‌اند، متکی است. در حالی که این فیلترهای غیرفعال سادگی و مقرون به صرفه بودن را ارائه می‌دهند، محدودیت‌هایی را در برخی از کاربردها، به‌ویژه در مورد اندازه فیزیکی و عملکرد خاص فرکانس، نشان می‌دهند. فیلتر EMI فعال از اجزای الکترونیکی فعال مانند تقویت‌کننده‌های عملیاتی و ترانزیستورها، همراه با استراتژی‌های کنترلی، برای ارائه سرکوب EMI انعطاف‌پذیرتر و کارآمدتر استفاده می‌کند. راه‌حل‌های ترکیبی که عناصر فعال و غیرفعال را ادغام می‌کنند نیز برای تعادل بهینه عملکرد-هزینه در حال افزایش هستند.

نهادهای نظارتی بین‌المللی از جمله کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیکی (IEC) و کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) استانداردهای سختگیرانه EMC را اجرا می‌کنند که تابش الکترومغناطیسی مجاز و سطوح تداخل هدایت‌شده را تعریف می‌کنند. این مقررات از خدمات ضروری مانند ارتباطات بی‌سیم و پخش از تداخل متقابل الکترونیکی محافظت می‌کند. انطباق با این استانداردها، فیلترهای EMI را به اجزای ضروری برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در محیط‌های الکترومغناطیسی پیچیده تبدیل می‌کند.

تجهیزات تبدیل توان - از جمله مبدل‌های DC/DC، اینورترها و یکسوکننده‌ها - به دلیل عملیات سوئیچینگ که گذراهای جریان/ولتاژ با فرکانس بالا را تولید می‌کنند، یک منبع اصلی EMI را تشکیل می‌دهند. با گسترش الکترونیک قدرت در بخش‌های صنعتی و خودرو، تقاضا برای فیلتر EMI فعال همچنان در حال افزایش است. برنامه‌های مخابراتی نیز نوآوری در سرکوب EMI تابشی را هدایت می‌کنند، با تکنیک‌هایی مانند ساعت طیف گسترده و محافظ الکترومغناطیسی که پذیرش گسترده‌ای را شاهد هستند.

با الهام از حذف نویز فعال صوتی، فیلتر EMI فعال با تولید سیگنال‌های معکوس فاز برای مقابله با تداخل عمل می‌کند. یک فیلتر EMI فعال استاندارد شامل سه مرحله ضروری است:

• مرحله حسگر: نویز EMI را در مدارها با استفاده از ترانسفورماتورهای جریان برای جریان با فرکانس بالا یا تقسیم‌کننده‌های خازنی برای ولتاژ تشخیص می‌دهد و به طور دقیق ویژگی‌های سیگنال نویز را تکرار می‌کند.
• مرحله الکترونیکی: سیگنال‌های تشخیص داده شده را از طریق تقویت و معکوس فاز با استفاده از تقویت‌کننده‌های عملیاتی، تقویت‌کننده‌های ابزار دقیق یا ترانزیستورها پردازش می‌کند.
• مرحله تزریق: سیگنال‌های پردازش شده را دوباره با فاز مخالف برای لغو، معمولاً از طریق مسیرهای خازنی برای جریان یا ترانسفورماتورهای سری برای ولتاژ، به مدار معرفی می‌کند.

یک اصل طراحی حیاتی تضمین می‌کند که فیلترهای فعال فقط بر نویز با فرکانس بالا تأثیر می‌گذارند و عملکرد DC یا فرکانس خط را تغییر نمی‌دهند.

نویز EMI به دو شکل اصلی ظاهر می‌شود:

• حالت مشترک (CM): نویزی که همزمان با فاز یکسان در چندین هادی نسبت به زمین ظاهر می‌شود.
• حالت دیفرانسیل (DM): نویزی که فازهای مخالف بین هادی‌ها را نشان می‌دهد.

هر نوع به توپولوژی‌ها و پیکربندی‌های فیلتر فعال مجزا برای سرکوب مؤثر نیاز دارد.

فیلترهای EMI فعال دو رویکرد کنترلی اساسی را پیاده‌سازی می‌کنند:

• کنترل بازخورد: نویز را در گیرنده تشخیص می‌دهد و سیگنال‌های جبرانی تولید می‌کند.
• کنترل پیشخور: نویز را در منبع تشخیص می‌دهد و سیگنال‌های مقابله‌ای تولید می‌کند.

هر استراتژی مزایای منحصربه‌فردی را ارائه می‌دهد که برای زمینه‌های عملیاتی مختلف مناسب است.

تلفات درج (IL) به عنوان معیار اصلی برای اثربخشی فیلتر عمل می‌کند که بر حسب دسی‌بل (dB) محاسبه می‌شود:

IL = 20log ₁₀ (|V _بدون | / |V _با |)

جایی که V _بدون و V _با به ترتیب ولتاژهای بار را بدون و با فیلتر نشان می‌دهند. مقادیر IL بالاتر نشان‌دهنده تضعیف بیشتر است، در حالی که مقادیر زیر 1 نشان‌دهنده تقویت نویز نامطلوب است.

در مقایسه با جایگزین‌های غیرفعال، فیلترهای EMI فعال ارائه می‌دهند:

• وابستگی کاهش یافته به ویژگی‌های امپدانس سیستم
• عملکرد برتر با فرکانس بالا بدون اجزای غیرفعال بزرگ

با این حال، آنها ملاحظات طراحی از جمله موارد زیر را معرفی می‌کنند:

• نیاز به منابع تغذیه خارجی
• مدیریت پایداری الکترونیکی
• الزامات دقت برای لغو نویز

از طریق بهینه‌سازی دقیق طراحی، فیلتر EMI فعال یک مسیر مؤثر برای افزایش سازگاری الکترومغناطیسی فراهم می‌کند و عملکرد دستگاه و قابلیت اطمینان سیستم را در محیط‌های الکترونیکی فزاینده پیچیده بهبود می‌بخشد.