Compatibilidad Electromagnetica. CEM

Ferritas (Filtros BF y AF)Origen de las emisiones electromagnticasComo su nombre indica, la perturbacin electromagntica se compone de un campo elctrico E , generado por una diferencia de potencial, y de un campo magntico H , que tiene su origen en la circulacin de una corriente por un conductor.La perturbacin electromagntica parsita no es ms que una seal elctrica no deseada que se suma a la seal til.Esta seal se propaga por conduccin, a travs de los conductores, y por radiacin, a travs del aire

IndustrialesNaturales

IntencionadasNo intencionadas

Emisores de radiodifusin

Emisores de televisin

Walkie Talkie

Telfonos mviles

Radares

Etc.

Dispositivos para el tratamiento de materiales

-> Fusin, soldadura con y sin aporte de material...

-> Hornos de induccin (secado de la madera...)

-> Lmpara de plasma...

-> Etc.Accidentales

Cortocircuitos

Conexin a tierra imprevista

PermanentesProceden del funcionamiento normal de los aparatos

Todos los sistemas de activacin y desactivacin de una seal elctrica (contacto seco, transistor depotencia...) tales como:

Contacto, rel, onduladores, fuente conmu- tada, sistemas de encendido de motores de explosin, colectores de los motores, regu- ladores electrnicos...

Lmparas de descarga y fluorescentes

Equipos que utilizan relojes (PC, PLC)

Etc.

Ferritas (filtros BF Y AF)

Para evitar que las seales de las corrientes alternas de alta frecuencia que circulan por los cables de uso informtico se expandan hacia el exterior como seales ruidosas de radiofrecuencia o ruidos parsitos, se le ensarta a esos cables un tubito o ncleo de ferrita en uno de los extremos (y a veces en los dos extremos cuando el caso lo requiere). De esa forma el tubito de ferrita se convierte en un filtro inductor de alta reactancia o alta resistencia (tambin denominado choque), cuya funcin principal es ofrecer gran oposicin al paso y propagacin externa de determinadas altas frecuencias de corrientes alternas que se circulan por los cablesEl principio de funcionamiento de este tipo de filtro con alta reactancia radica en que cuando las corrientes alternas de alta frecuencia tratan de atravesar la parte del cable donde se encuentra ubicado el choque o ncleo de ferrita, la autoinductancia que produce el flujo magntico de la corriente que trata de atravesarlo, genera una fuerza contraelectromotriz que se opone al paso de su componente alterna. Las ferritas, son filtros de modo comn para alta frecuencia AF. Las ferritas estn formadas por materiales de permeabilidad magntica r muy elevada.

La ferrita utiliza dos principios:- inductancia en modo comn (ver el apartado relativo a filtros)- absorcin de las perturbaciones AF de modo comn por calentamiento inducido.Estos dos principios generan una impedancia de modo comn cuya eficacia depende de su relacin con la impedancia del circuito por proteger.

Z =k. f (La impedancia del cable aumenta proporcionalmente con la frecuencia de la seal que circula por el.)

Para BF (50 60 Hz): la S del cable es determinante. La Z del cable es poco significativa

Para AF (f > 5 MHz): la Z del cable es determinante la long. Del cable es determinante.La S es poco significativa.

Esquema equivalente del cable

Filtros de ferritaUna disposicin muy utilizada como filtros pasabajo en CM y DM sobre cables de seal son las vainas o filtros de ferritas.La idea bsica es que la inductancia de un cable que transporta corriente aumente si se lo rodea de un material ferromagntico.Como la ferrita tiene prdidas magnticas (que se modelan mediante una permeabilidad compleja), el modelo circular equivalente es el de una inductancia en serie con una resistencia, ambos dependientes de la frecuencia.Esta serie constituye un filtro pasabajos. A alta frecuencia la vaina de ferrita se comporta como un resistor, absorbiendo la energa electromagntica e impidiendo oscilaciones con capacidades parasitas del circuito.

Las vainas de ferrita no alteran las corrientes DM ya que en un par de cables que transporta corriente en este modo las corrientes son iguales y de sentido opuesto, y por lo tanto generan un campo magntico despreciable.En el caso de las seales en CM hay una sola corriente (la corriente de retorno se da a travs de tierra, fuera de la vaina) y se crea un campo electromagntico que se va alterando por la presencia del material de la ferrita.Por lo tanto las vainas de ferrita se usan como filtros pasabajos en contra de seales de interferencia en CM.Para eliminar interferencia en un circuito de DM, se debe colocar una vaina en cada conductor.

Se observa si la ferrita montada de esta manera afecta o no a la integridad de la seal

Se harn dos campaas de medidas en funcin de la frecuencia, una con ferrita y otra sin ferrita usando la misma configuracin de cable. El cociente entre las dos tensiones, la tensin sin ferrita dividida por la tensin con ferrita expresada en decibelios se conoce como la prdida de insercin del filtro. Se espera para este montaje en modo diferencial unas bajas prdidas de insercin.

Funcionamiento de los ncleos de ferritaUn ncleo de ferrita consiste en un cilindro con uno o dos agujeros en el centro (depende del modelo de ncleo a usar), que se sita sobre el conductor a proteger. Aunque tambin podemos encontrar elementos prismticos huecos para cables planos y elementos planos con dos filas de agujeros para circuitos intregrados. De forma grfica podemos expresar todo lo visto anteriormente:

El funcionamiento de los ncleos de ferrita para la aplicacin de supresin de interferencias EMI es simple. Si un conductor por el que circula una corriente de alta frecuencia que se desea suprimir, se rodea en una zona de su trayecto por un ncleo de ferrita, el efecto inductivo resultante debido a la introduccin del ncleo de ferrita equivale a una impedancia serie elevada, sin que se atenen las frecuencias mas bajas que pueden ser la seal de inters. De esta forma, la impedancia elevada tiene doble importancia, primero porque a la frecuencia elegida la seal ve un circuito abierto provocado por esa alta impedancia (importante en relacin con la interferencia conducida) y segundo, porque si colocamos el ncleo a una cierta distancia del origen del cable, al tener esa alta impedancia en un punto del cable, dividimos al mismo en dos partes (para esa frecuencia), convirtiendo lo que antes era una sola antena (el cable) en dos, de menor longitud en funcin de la situacin del ncleo (importante en relacin con la interferencia radiada).

Filtros para lneas de control y de datosEl tipo de filtro depende de si la seal a filtrar es analgica o digital, y de la banda de frecuencia de dicha seal (banda ancha o banda estrecha). Para seales analgicas la mejor solucin es emplear filtros activos pasa-bajo o pasa-banda, construidos a base de amplificadores operacionales. Para seales digitales de banda ancha suelen emplearse filtro pasa-bajo tipo RC y para seales de banda estrecha, filtros pasa banda LC. Se pueden emplear adems filtros digitales por software. Se pueden emplear tambin las cuentas de ferrita.