La gran mayoría de dispositivos y equipos que se conectan a la red eléctrica generan interferencias, por lo que frecuentemente se dan problemas de compatibilidad electromagnética, también conocida como EMC. Para mitigar estos problemas existen normativas que ponen límites a la amplitud de las interferencias que un dispositivo puede emitir. Y para poder cumplirlas, estos dispositivos deben incluir un filtro EMI.
Hoy, desde EMZER, queremos contarte qué es y cómo diseñar un filtro EMI para que tus diseños electrónicos cumplan con las normativas de EMC y puedan ser comercializados.
<H2>¿Qué es un filtro EMI?
Un filtro EMI, a veces conocido como un filtro de red o filtro EMC, es un dispositivo formado por condensadores, bobinas y resistencias, que se coloca entre el dispositivo electrónico y el cable de red eléctrica. El mejor lugar para situar el filtro es justo donde los terminales de red de la línea eléctrica entran en el equipo, ya que así se evita el acoplamiento de campos electromagnéticos interferentes a la línea eléctrica ya filtrada. Si es posible, una caja de metal ayuda a bloquear cualquier acoplamiento capacitivo entre el cable de entrada del filtro y la línea de alimentación.
<H2>¿Para qué sirve un filtro EMI?
El objetivo de un filtro EMI es suprimir las interferencias electromagnéticas generadas en el equipo electrónico y propagadas hacia la red eléctrica a través del cable de alimentación. Análogamente, también ayuda a mitigar las interferencias que provienen de la red eléctrica y que podrían afectar al funcionamiento del dispositivo.
<H2>Tipos de interferencias en los filtros EMI
Existen diferentes tipos clasificaciones para las interferencias (según si el ruido es impulsivo o continuo, de banda ancha o banda estrecha, etc.), pero la clasificación más interesante des del punto de vista de la compatibilidad electromagnética (y más concretamente, de las emisiones conducidas) es aquella basada en su naturaleza modal. Para explicar este concepto, consideremos los tres conductores de la red eléctrica, línea (L), neutro (N) i Tierra (G).
La interferencia de modo diferencial es aquella interferencia que fluye en direcciones opuestas en los terminales de línea y neutro, mientras que la interferencia de modo común fluye en la misma dirección en los mismos terminales y generalmente se genera debido a una corriente hacia a tierra a través de una capacitancia parásita, conocida como corriente de fuga.
<H2>Estructura del filtro EMI
La estructura más simple de un filtro EMI contiene uno o dos condensadores ( de tipo X) entre línea y neutro, para mitigar el modo diferencial, y un choque de modo común y dos condensadores (de tipo Y) de línea a tierra y de neutro a tierra para mitigar el modo común. Por lo general, se agrega una resistencia (R) para descargar los condensadores cuando se desconecta la alimentación. Otras arquitecturas más complejas simplemente se basan en replicar estos componentes.
<H2>Cómo se diseña un filtro EMI paso a paso
Para diseñar un filtro EMI, es necesario medir la naturaleza modal de las emisiones conducidas del dispositivo electrónico. De esta manera, según su naturaleza, se añadirán los componentes necesarios al filtro EMI.
Por ejemplo, si el modo dominante de la interferencia es el modo diferencial, el filtro de red deberá contener, como mínimo, un condensador tipo X entre línea y neutro. Por otro lado, si el modo dominante de la interferencia es el modo común, el filtro EMI deberá contener un choque de modo común (si la interferencia es de baja frecuencia), y/o condensadores tipo Y (si la interferencia se sitúa en la parte alta del espectro).
En general, los dispositivos electrónicos reales emiten tanto interferencias en modo común como en modo diferencial de manera simultánea, y el modo dominante puede ir cambiando a lo largo del espectro.
Tras un primer diseño del filtro EMI basado en la primera medida de emisiones conducidas, se iterará entre medida y ajuste hasta conseguir el filtro de red deseado. Si en alguna frecuencia el modo dominante se encuentra cerca del límite o está por encima, se aumentará el valor del condensador tipo X (o se añadirá un condensador tipo X adicional). Y, de manera análoga, se retocará el choque o los condensadores tipo Y si el modo dominante es el modo común. Es por ello por lo que resulta vital poder obtener información completa y rápida de la naturaleza de las emisiones.
<H2>¿Cómo se mide el modo común y el modo diferencial?
El problema es que los instrumentos convencionales que miden las emisiones conducidas (receptores de EMI y analizadores de espectros) no están diseñados para medir interferencias modales, puesto que solo pueden medir una de las líneas cada vez (línea o neutro), por lo que es imposible conocer la naturaleza modal de la interferencia. Y, sin esta información, estamos ciegos a la hora de diseñar el filtro EMI.
Para poder separar las componentes modales usando un instrumento convencional es necesario añadir un dispositivo conocido como separador de ruido entre el analizador y el dispositivo electrónico. No obstante, este sistema de medida tiene algunas desventajas:
- Primero, que el modo común y el modo diferencial no pueden medirse de forma simultánea con un solo instrumento. Esto dificulta el identificar el modo predominante, especialmente cuando se mide una interferencia pulsada.
- El acoplamiento intermodal (modo común acoplado al puerto diferencial y viceversa) depende de la tecnología, puede variar con la frecuencia y afecta de manera importante a la medida modal.
- Se debe tener especial cuidado para evitar desajustes de impedancia (las reflexiones debidas a desajustes de impedancia pueden amplificar el acoplamiento intermodal).
Todo ello se soluciona si en lugar de usar una cadena de varios dispositivos para la medida modal de las emisiones se usa un único instrumento especialmente diseñado para la medida del modo común y del modo diferencial.
Desde EMZER recomendamos el EMSCOPE. Se trata de un sistema totalmente integrado que permite medir simultáneamente las emisiones conducidas presentes en línea y neutro hasta 110MHz. Esta característica le permite la medida simultanea de los dos modos, lo que facilita la identificación del modo predominante. Además, por el hecho de ser un instrumento basado en FFT, puede mostrar el espectro entero de la medida de manera instantánea, recortando de manera drástica el tiempo de medida respecto a instrumentos convencionales de EMC.
Lo mejor de este dispositivo es que ofrece medidas EMI rápidas y precisas, tanto normativas (entre los pares línea-tierra y neutro-tierra) como modales (modo común y diferencial), indispensables para poder diseñar un filtro EMI de manera rápida y eficaz.