Blindaje EMI vs. Filtrado | Astrodyne TDI

A medida que nuestro mundo se vuelve más digital, y los dispositivos electrónicos siguen desempeñando papeles cada vez más importantes en nuestras vidas, la interferencia electromagnética, o EMI, se convierte en un problema cada vez más importante. Todos los que diseñan y fabrican dispositivos o componentes electrónicos deben preocuparse por la gestión de las IEM.

El apantallamiento y el filtrado son dos métodos principales para conseguirlo.

Cuando los dispositivos electrónicos reciben ondas electromagnéticas, éstas pueden inducir corrientes eléctricas en el circuito, causando interferencias e interrumpiendo el funcionamiento previsto del dispositivo. Si la energía es especialmente potente, el dispositivo electrónico puede resultar dañado. Incluso si la energía aplicada es relativamente pequeña, si se mezcla con las ondas de radio utilizadas para la comunicación, puede causar pérdida de recepción, interrupción de vídeo y ruido anormal en lugares donde las ondas de radio son débiles.

Un sistema de tierra eléctrica de calidad puede ayudar a minimizar los problemas de EMI.

Los escudos, filtros, condensadores e inductores también pueden reducir la susceptibilidad de un sistema a las interferencias. Cuando se diseñan dispositivos electrónicos, añadir filtros y escudos puede ayudar a controlar la EMI. Ambos tipos de componentes proporcionan supresión de ruido y pueden utilizarse sin añadir un tamaño o coste significativo a un dispositivo.

¿Cuál es la diferencia entre estos dos métodos de supresión de ruido, sin embargo, y cuándo debe utilizarlos? Siga leyendo para averiguarlo.

Qué es la EMI?

La EMI es la interrupción del funcionamiento de un producto electrónico debido a un campo electromagnético. La EMI también se denomina interferencia de radiofrecuencia (RFI) cuando el campo se encuentra en el espectro de radiofrecuencia en el espectro de frecuencia electromagnética. Las ondas electromagnéticas que provocan interferencias se denominan ruido electromagnético.

Otro término relacionado con la EMI es EMC, que significa compatibilidad electromagnética. Este término se refiere a lo bien que funciona un dispositivo en un entorno con ruido electromagnético.

La tolerancia de un producto al ruido, así como la cantidad que produce, son factores que influyen en su EMC.

Para funcionar y permitir que otros dispositivos funcionen, cada producto debe ser capaz de funcionar incluso cuando está expuesto a un cierto nivel de ruido y no debe producir EMI a niveles que impidan la función de los dispositivos. En Estados Unidos, la Comisión Federal de Comunicaciones, o FCC, regula las IEM. El Comité Especial Internacional de Radiointerferencias la regula internacionalmente en algunos sectores.

Muchas otras normas de la industria también establecen requisitos relacionados con la EMC.

Los circuitos de los ordenadores personales crean campos EM en el rango de RF. Las pantallas de tubo de rayos catódicos también producen energía EM en una gama de frecuencias.

Si utiliza un receptor inalámbrico al mismo tiempo que un ordenador personal, es probable que oiga ruido de RF en el receptor. Los transmisores inalámbricos también producen campos EM, y los de potencia moderada y alta pueden crear campos lo suficientemente fuertes como para interrumpir los equipos electrónicos que operan en la zona. Si utiliza un transmisor de radio o televisión cerca de una estación de radiodifusión, por ejemplo, puede experimentar IEM.

Los campos de RF fuertes pueden hacer que los teléfonos, los ordenadores e incluso algunos dispositivos médicos dejen de funcionar correctamente. Los fenómenos naturales, como las tormentas eléctricas, las erupciones solares y la electricidad estática, también pueden provocar IEM. Por eso el blindaje EMI y el filtrado EMI son tan importantes.

¿Cómo funciona el blindaje EMI?

¿Qué es el blindaje EMI-RFI?

El blindaje EMI-RFI se refiere a rodear un objeto con una placa metálica o alguna otra forma de protección para bloquear los campos electromagnéticos. Los blindajes EMI están diseñados para evitar que las emisiones radiadas superen un determinado punto. Las soluciones de blindaje EMI pueden tanto proteger un dispositivo de la radiación externa como evitar que ese dispositivo emita radiación que podría causar interferencia con otros dispositivos.

Entonces, ¿qué sucede cuando una onda EM golpea un escudo EMI?

Veamos algunos principios básicos del blindaje EMI.

La superficie conductora del blindaje refleja la mayor parte de la energía de la onda EM en varias direcciones. La forma exacta en que la onda se refleja depende de las cualidades del material del blindaje y de la fase de la onda cuando golpea el blindaje. El escudo EMI también absorberá parte de la energía de la onda EM, que se convertirá en energía térmica.

Dependiendo de los niveles de potencia involucrados, esta energía térmica puede necesitar una gestión térmica.

Algunos materiales de blindaje EMI están hechos para doblar como disipadores de calor. En los circuitos electrónicos de mayor potencia, especialmente cuando se utilizan mecanismos de apantallamiento que absorben más energía, es posible que se necesiten aberturas en las láminas metálicas del apantallamiento para liberar el calor. El tamaño de estos agujeros no debe estar relacionado con las longitudes de onda de las ondas que se contienen, ya que esto puede minimizar la eficacia del apantallamiento EMI.

Para que los materiales de apantallamiento funcionen bien, también necesitan buenas conexiones a tierra.

¿Cómo elegir qué materiales de apantallamiento EMI-RFI utilizar?

Hay varios parámetros vitales, como el grosor, el peso, la conductividad del material y los costes de las herramientas.

Los blindajes más gruesos tienden a proporcionar mejores resultados, pero esto viene con la contrapartida de añadir peso al diseño. La mayoría de los proveedores de materiales de blindaje proporcionan medidas de eficacia a diferentes frecuencias con los rangos de frecuencia utilizables de los materiales. Estas medidas ayudan a comparar el peso y la densidad de un material de apantallamiento con la cantidad de apantallamiento que proporciona.

Otros parámetros menos comunes, pero aún potencialmente útiles, incluyen la resistividad del volumen, el rango de temperatura de funcionamiento y la fuerza de compresión si se utiliza el material como una junta.

Ejemplos de materiales comúnmente utilizados para el blindaje contra la EMI incluyen:

• Cobre
• Aluminio
• Acero inoxidable

Más recientemente, los fabricantes también han comenzado a utilizar materiales compuestos, como mallas y tejidos. Estas soluciones suelen combinar un metal con un material de poliéster. Algunas de las ventajas de estos nuevos materiales son su ligereza y flexibilidad. A pesar de su bajo peso, siguen funcionando.

Las aplicaciones de apantallamiento contra las radiaciones electromagnéticas en las que se utilizan estos materiales incluyen el apantallamiento alrededor de las placas de circuitos impresos en un recinto de equipos y la provisión de un apantallamiento secundario en entornos sanitarios.

Se dispone de soluciones de apantallamiento EMI personalizadas, así como de productos de apantallamiento estándar.

¿Cómo funciona el filtrado EMI?

Los filtros EMI-RFI pueden eliminar los componentes no deseados y dejar pasar los necesarios en la corriente eléctrica que fluye en los conductores. El ruido se desvía a tierra, se absorbe o se devuelve a su origen.

Un filtro EMI tiene dos tipos de componentes -condensadores e inductores- que trabajan juntos para reducir la EMI:

• Condensadores: Los condensadores inhiben la corriente continua, que es la forma en que una cantidad sustancial de interferencia electromagnética se lleva a un dispositivo, pero dejan pasar la corriente alterna.
• Inductores: Los inductores son pequeños electroimanes que pueden mantener la energía en un campo magnético mientras la corriente eléctrica pasa a través de ellos, reduciendo la tensión total.

Los condensadores que se encuentran en los filtros EMI se denominan condensadores de derivación.

Redirigen la corriente de alta frecuencia que causaría interferencias fuera de un circuito y la introducen en inductores dispuestos en serie. A medida que la corriente se mueve a través de esta serie de inductores, su tensión se reduce. En el mejor de los casos, los inductores reducirán la interferencia a la nada, lo que también se denomina cortocircuito a tierra.

El papel de los filtros difiere del de los escudos de varias maneras.

Exploremos algunos principios básicos de filtrado de EMI.

Los escudos de EMI proporcionan blindaje para diseños o circuitos completos.

Los filtros de supresión de EMI, por otro lado, se dirigen a fuentes de ruido específicas. Los escudos contienen la radiación EM dentro de un área y también evitan que la radiación EM entre en esa área. Los filtros controlan la energía EM que viaja a través de los conductores. Se colocan en puntos específicos de un circuito para controlar el flujo de corriente a varias frecuencias.

Mientras que los escudos están diseñados para controlar las emisiones de EMI radiadas, los filtros tienen como objetivo controlar el ruido conducido.

El filtro correcto a utilizar depende de la configuración mecánica del sistema y de la frecuencia del ruido en el sistema en relación con la frecuencia objetivo de las señales que se envían. Tiene que elegir un filtro con un condensador que no corte las señales que quiere que pasen pero que bloquee las señales dentro del rango de frecuencia del ruido que está tratando de abordar.

Hay varios tipos de filtros EMI que puede utilizar.

El tipo adecuado depende de las frecuencias que quiere bloquear, el voltaje con el que está trabajando y otros factores. Normalmente, los fabricantes de filtros proporcionan información detallada sobre la frecuencia de corte de los filtros que ofrecen.

Dos tipos cruciales de filtros EMI incluyen filtros monofásicos y trifásicos:

• Filtros monofásicos: Estos filtros son los mejores para los equipos más pequeños, como la electrónica de consumo, los electrodomésticos, los equipos de fitness y algunas aplicaciones industriales, como las fuentes de alimentación, los equipos de telecomunicaciones y los equipos de servicios alimentarios.
• Filtros trifásicos: Estos filtros pueden bloquear niveles de ruido más altos que los filtros monofásicos y son útiles para una supresión de EMI más estricta. Este tipo de filtros son necesarios para aplicaciones de alta potencia, como equipos médicos, equipos de prueba y varios tipos de maquinaria industrial, como herramientas y motores.

Otras clasificaciones de filtros EMI incluyen:

• Filtros de entrada IEC, que se utilizan para aplicaciones de entrada de energía.
• Filtros de CC, que bloquean las corrientes de alta frecuencia pero dejan pasar las corrientes de CC y de baja frecuencia.
• Filtros EMI de inversor, que se utilizan en aplicaciones que implican inversores de frecuencia o sistemas de control basados en inversores.
• Filtros de paso, que se utilizan en aplicaciones como recintos, estaciones base, refugios móviles y equipos de conmutación, y proporcionan una alta pérdida de inserción desde las frecuencias de KHz hasta las de GHz.

Muchos filtros se diseñan para su uso en un sector o aplicación específicos, y hay disponibles tanto filtros estándar como personalizados.

También es importante tener en cuenta que, al igual que los blindajes, los filtros dependen de una conexión a tierra adecuada para funcionar correctamente.

¿Cuándo debe utilizar un filtro EMI frente a un blindaje?

Los filtros y los blindajes son herramientas valiosas para reducir la EMI. En algunos casos, puede ser mejor centrarse más en uno que en otro.

A menudo, el uso de ambos es la solución más eficaz.

A veces, con los métodos de blindaje EMI, los agujeros y huecos en el blindaje pueden reducir su eficacia. Sin embargo, estas aberturas son necesarias para la reducción del calor. Este es un ejemplo de cuándo utilizar filtros EMI además de un blindaje.

El blindaje es útil para una serie de problemas de EMI y puede reflejar adecuadamente la EMI.

Los filtros, sin embargo, pueden eliminar la EMI. Los filtros pueden resolver muchos de los problemas relacionados con las penetraciones a través de los blindajes, así como las entradas y las salidas de un sistema eléctrico, que suelen ser los puntos más vulnerables de un sistema blindado. Los filtros son más eficaces en estos lugares.

El uso de técnicas de filtrado de EMI, así como la supresión de transitorios, en la interfaz de un recinto blindado es una forma muy eficaz de proteger contra los problemas de compatibilidad.

La colocación de filtros y conectores filtrados en las interfaces de entrada y salida de un sistema puede ayudar a eliminar el ruido EM de fuentes internas y externas en la interfaz del conector. Esta colocación envía la energía no deseada a la caja blindada con conexión a tierra, lo que la convierte en una ubicación óptima para eliminar el ruido de alta frecuencia y mitigar los problemas relacionados con la EMI.

Los filtros protegen contra el ruido conducido a través de los conductores, mientras que los blindajes mitigan el ruido conducido a través del espacio. Sin embargo, un conductor por el que pasa el ruido también puede actuar como una antena. Cuando el conductor funciona como una antena, los dos tipos de conducciones se transforman el uno en el otro debido a la antena.

Por eso, para bloquear el ruido por completo, es esencial utilizar tanto los escudos como los filtros en un mismo lugar.

Por ejemplo, si se utiliza un escudo para bloquear la conducción espacial y un conductor penetra a través del escudo, este conductor recogerá el ruido y lo atraerá hacia el interior y el exterior del escudo, dando lugar a la emisión de ruido. Por esta razón, no se puede bloquear la conducción espacial sólo con un apantallamiento.

De manera similar, cuando se utiliza un filtro para proteger contra la conducción a través de un conductor, los cables colocados antes y después del filtro pueden acoplarse entre sí a través de la conducción espacial. Debido a esto, el filtro no puede cerrar completamente la conducción por sí mismo.

Sin embargo, si se utiliza tanto un mecanismo de blindaje EMI como un filtro en un lugar, se puede cerrar completamente tanto la conducción espacial como la del conductor, eliminando el ruido.

Si el conductor situado entre la fuente de ruido y el filtro es corto, no tendrá un efecto significativo como conductor. Entonces puede ignorar el problema del conductor que actúa como una antena y eliminar efectivamente el ruido utilizando sólo un filtro. Esencialmente, si puede colocar un filtro significativamente cerca de la fuente de ruido, puede suprimirlo con sólo un filtro, y el uso de un blindaje no es necesario.

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