EMC

La compatibilidad electromagnética es la capacidad de los equipos eléctricos y electrónicos para funcionar de forma fiable en presencia de interferencias electromagnéticas, y para emitir solo niveles tolerables de interferencia. En una fábrica, hospital o instalación de telecomunicaciones repleta de motores, fuentes de alimentación conmutadas, transmisores de radio e instrumentos sensibles que operan muy cerca unos de otros, la CEM no es opcional: los equipos que irradian ruido o no pueden tolerar el ruido de sus vecinos funcionarán mal, causarán corrupción de datos, activarán falsas alarmas o fallarán por completo.

Los requisitos de CEM adoptan dos formas: inmunidad y emisiones. La inmunidad es la resistencia del equipo a las perturbaciones externas, tanto conducidas (ruido que viaja a lo largo de los cables de alimentación y señal) como radiadas (ruido en el campo electromagnético). Las emisiones son las señales no deseadas que el propio equipo produce y filtra al entorno. Un dispositivo industrial de Clase A podría tolerar interferencias radiadas de hasta 10 V/m y no debe emitir más de 74 dBµV/m a 10 metros, mientras que el equipo de consumo de Clase B tiene límites de emisión más estrictos pero requisitos de inmunidad menos rigurosos.

Los mecanismos físicos de interferencia son bien conocidos. La conmutación de alta frecuencia en las fuentes de alimentación genera armónicos y emisiones espurias en una banda ancha. Las escobillas del motor y los contactos de conmutación crean ruido impulsivo que se acopla capacitiva e inductivamente a los conductores cercanos. Los cables de CA que transportan grandes corrientes irradian campos magnéticos que inducen voltajes en los bucles de señal. Una carga inductiva de 50 A desconectada repentinamente puede generar picos de voltaje de varios kilovoltios. Estas perturbaciones viajan a lo largo del cableado de la red, a través del aire, a través de las estructuras metálicas de los edificios y pueden alterar el funcionamiento del microcontrolador, corromper las señales digitales o fijar los relés de estado sólido en estados inseguros.

La CEM se diseña desde el nivel del circuito hacia arriba. El filtrado en el punto de entrada de la red elimina las emisiones de alta frecuencia antes de que entren en el sistema de distribución. El blindaje de los cables de señal y el blindaje de la carcasa bloquean los campos radiados. La separación de los circuitos de alta potencia y de señal, las rutas de retorno dirigidas a puntos estrella y una conexión a tierra adecuada reducen el acoplamiento. La selección de componentes es importante: las piezas con flancos de conmutación más lentos producen menos energía espectral a alta frecuencia. La disposición de las pistas de la placa de circuito y la disposición mecánica de los subconjuntos en una carcasa son tan importantes como la elección de los componentes.

El cumplimiento se verifica mediante pruebas de emisiones en una cámara anecoica o en un sitio de prueba de área abierta, y mediante pruebas de inmunidad: exponiendo deliberadamente el equipo a perturbaciones estandarizadas (pulsos conducidos, campos radiados, transitorios eléctricos rápidos) y confirmando que continúa funcionando dentro de las especificaciones. En la Unión Europea, el marcado CE requiere la demostración de CEM según la Directiva de Compatibilidad Electromagnética. En América del Norte, las reglas de la Parte 15 de la FCC rigen los dispositivos electrónicos sin licencia. Los equipos industriales suelen seguir las normas de la serie IEC 61800 para sistemas de accionamiento de potencia, la IEC 60947 para equipos de control, o normas específicas de equipos en los sectores médico, aeroespacial o de telecomunicaciones.