Conceptos Esenciales y Estrategias para la Compatibilidad Electromagnética

Conceptos Fundamentales de Compatibilidad Electromagnética (EMC)

Este documento aborda preguntas clave y soluciones esenciales relacionadas con la interferencia electromagnética (EMI) y la compatibilidad electromagnética (EMC).

1. Estrategias para Abordar Problemas de Interferencia Electromagnética (EMI)

Las principales maneras de atacar un problema de interferencia electromagnética son:

• Eliminar las EMI en su origen.
• Insensibilizar el receptor.
• Disminuir la energía transmitida a través del canal de acoplamiento.

2. Componentes y Fenómenos que Generan EMI (Más allá de R, L y C)

Además de resistencias (R), inductores (L) y condensadores (C), otras fuentes comunes de EMI incluyen:

• Núcleos de ferrita
• Transformadores
• Conductores y cables
• Circuitos impresos
• Transitorios en conmutadores (móviles o estáticos)
• Red de alimentación
• Descargas electrostáticas naturales

3. Características de una Red de Alimentación Ideal

Una red de alimentación ideal se caracteriza por:

• Ser un generador ideal de tensión.
• Su forma de onda es senoidal pura.
• Amplitud y frecuencias constantes.
• Equilibrio perfecto del sistema trifásico.

4. Ámbito de Frecuencias donde los Campos se Consideran Siempre Radiados

Los campos se consideran siempre radiados en los siguientes ámbitos de frecuencias:

• VHF (Muy Alta Frecuencia): 30 MHz – 300 MHz
• UHF (Ultra Alta Frecuencia): 300 MHz – 18 GHz

5. Definición y Tipos de Blindaje Electromagnético

Un blindaje es una superficie metálica que separa dos regiones del espacio. Su función principal es evitar que el flujo de los campos electromagnéticos salga de la zona encerrada por él, así como impedir que campos externos entren en una zona protegida.

Tipos de Blindaje:

• Blindaje Electrostático: Incluye todos los elementos a proteger y se conecta a un potencial constante. Se caracteriza por su alta conductividad.
• Blindaje Electromagnético: Incluye todos los elementos a proteger y se caracteriza por su alta permeabilidad.

6. Predominio del Campo Cercano según la Impedancia de Onda

Cuando la impedancia de onda es mayor de 377 Ω, predomina el campo eléctrico. Si la impedancia de onda es menor de 377 Ω, predomina el campo magnético.

7. Relación entre Permeabilidad, Conductividad, Reflexión y Absorción en Blindajes

La relación entre estas propiedades es fundamental en el diseño de blindajes:

• Un material con alta conductividad es un buen reflector de ondas electromagnéticas.
• Un material con alta permeabilidad es un buen absorbente de ondas electromagnéticas.

Si en un blindaje se utiliza un material magnético en lugar de un buen conductor, se obtendrá un incremento de la permeabilidad (µ) y un decremento de la conductividad.

8. Diferencias entre Masa y Tierra

• Masa: Es un conductor de referencia con potencial cero (que a menudo coincide con el cero de la alimentación) con respecto al cual se miden el resto de potenciales del circuito. Físicamente, es el conductor por donde suelen realizarse los retornos de las señales activas del circuito.
• Tierra: Se refiere al potencial de la tierra física, y que influye voluntaria o involuntariamente en los edificios, líneas e instalaciones eléctricas, etc.

9. Ventajas e Inconvenientes del Aislamiento por Método Óptico

Ventajas:

• Menor tamaño y peso.
• Mayor rapidez.
• Mejor aislamiento.
• Mayor ancho de banda.
• No generan ni son susceptibles a las EMI.

Desventajas:

1. No aplicables a señales de baja frecuencia, debido a las características del fotoemisor en esa banda.
2. A pesar de las técnicas de compensación utilizadas, la linealidad es mucho menor que cuando se acopla con un transformador.
3. La luminosidad y eficiencia del LED varían con la temperatura y el envejecimiento.

10. Pérdidas de Inserción en un Filtro (EMI)

Las Pérdidas de Inserción (IL) en un filtro, en el campo de las EMI, son la relación en dB entre las potencias transmitidas a la carga sin filtro y con filtro intercalado, tanto en modo común como en modo diferencial.

La fórmula es: IL = 10 log (P sin filtro / P con filtro).

En el contexto de las EMI, el valor de las pérdidas de inserción debe ser alto, ya que un valor alto indica que el filtro atenúa eficazmente las interferencias, reduciendo la potencia de la señal no deseada que llega a la carga.

11. Clasificación de las EMI según su Propagación y Captación

Las EMI se pueden clasificar en función de su propagación y forma de captación como:

• Simétricas (modo diferencial): La corriente de interferencia fluye en el mismo sentido que la señal útil.
• Asimétricas (modo común): La corriente de interferencia fluye en sentido contrario a la señal útil, a menudo a través de la tierra o el chasis.

12. Tipos de Condensadores Comúnmente Utilizados

Los tipos de condensadores más utilizados incluyen:

• Electrolíticos (de tántalo o aluminio)
• De papel y Mylar
• De mica
• Cerámicos
• De polietileno

13. Producción de Perturbaciones por Circuitos que Comparten una Fuente de Alimentación

Se puede producir una perturbación si existen varios circuitos que comparten una misma fuente de alimentación debido a la existencia de impedancias comunes. Esto genera un acoplamiento por conducción, donde las variaciones de corriente en un circuito causan caídas de tensión en la impedancia común que afectan a otros circuitos.

14. Dos Reglas de Oro de la Compatibilidad Electromagnética

1. Primera Regla: En los circuitos electrónicos, conviene limitar la circulación de corriente en modo común.
2. Segunda Regla: Conviene limitar las diferencias de potencial rápidamente variables entre un circuito electrónico y su entorno.

15. Métodos para Eliminar las EMI en el Camino de Acoplamiento y en el Receptor

Para eliminar las EMI, se pueden aplicar diversos métodos en el camino de acoplamiento y en el receptor:

• En el Origen/Camino de Acoplamiento:
  • Circuitos y Componentes: Optimización de motores, relés, bobinas y conmutadores estáticos.
  • Filtrado: Aplicación de filtros en la red eléctrica y a bajo nivel.
  • Apantallado/Blindaje: Uso de cajas, placas y envolturas. Asegurar la integridad de las pantallas y la selección adecuada de materiales.
  • Conexionado: Diseño optimizado del cableado y uso de conectores adecuados.
  • Masa y Tierras: Correcta estructuración y uniones de los sistemas de masa y tierra.
• En el Receptor:
  • Reducción de la energía transmitida a través del canal.
  • Uso de impedancias de adaptación.
  • Implementación de filtros.
  • Aplicación de blindajes y pantallas.
  • Reducción de la tasa de cambio de corriente (di/dt).