Supresión EMI conducidas

Los convertidores de potencia (como fuentes de alimentación conmutadas, inversores y cargadores de baterías) son componentes cruciales en la electrónica. Su principio de funcionamiento, basado en la conmutación de alta velocidad de tensiones y corrientes, inevitablemente genera Interferencias Electromagnéticas (EMI).

Estas EMI se propagan de forma radiada (a través del aire) o conducida (a través de los cables de alimentación o señal). Nos enfocaremos en la supresión de las EMI conducidas, que tienen el potencial de degradar el rendimiento de otros equipos conectados a la misma red eléctrica o incumplir las normativas de compatibilidad electromagnética (EMC).

Tipos de EMI Conducidas

Las EMI conducidas generadas por un convertidor se categorizan en dos modos principales de propagación:

Modo Diferencial (DM - Differential Mode): La interferencia fluye a lo largo de los conductores de alimentación (Línea y Neutro) en direcciones opuestas, de manera similar a la corriente de carga normal, pero como ruido de alta frecuencia.
Modo Común (CM - Common Mode): La interferencia fluye en la misma dirección a lo largo de los conductores de alimentación (Línea y Neutro) y retorna a través de un camino externo, generalmente la tierra (chasis o carcasa). Este ruido suele ser el más difícil de gestionar y, a menudo, el predominante.

Estrategias de Reducción de EMI

La supresión de EMI se aborda mediante técnicas pasivas (filtrado) y activas (control y modulación), siendo ambas complementarias para un diseño eficiente.

I. Técnicas Pasivas (Filtrado EMI)

La principal estrategia pasiva es la incorporación de un Filtro de Interferencia Electromagnética (EMI Filter) en la entrada de alimentación, actuando como una barrera de impedancia:

Condensadores de Modo Diferencial (Clase X): Conectados entre Línea (L) y Neutro (N), desvían el ruido de Modo Diferencial de alta frecuencia.
Condensadores de Modo Común (Clase Y): Conectados desde L y N hacia la tierra (GND), desvían el ruido de Modo Común.
Bobinas de Modo Común (L_CM): Presentan una alta impedancia selectiva al ruido de Modo Común para su atenuación.

II. Técnicas Activas (Modulación y Control de Conmutación)

Las técnicas activas buscan reducir la generación de ruido en su origen (los interruptores de potencia), modificando la forma en que el convertidor conmuta mediante la manipulación de la señal de control.

Como ejemplo de técnicas activas se encuentran:

Modulación por Espectro Ensanchado (Spread-Spectrum Modulation - SSM): Consiste en variar intencionalmente la frecuencia de conmutación dentro de un pequeño rango de operación. Esto provoca que la energía del ruido, que de otra forma se concentraría en picos altos y estrechos, se dispersa en una banda de frecuencias más amplia. El resultado es una reducción significativa de la amplitud máxima del ruido, facilitando el cumplimiento normativo.
Ajuste del Slew Rate (Tasa de Cambio de Tensión/Corriente): Se logra al controlar la velocidad de encendido y apagado de los transistores. Al ralentizar ligeramente estas transiciones, se reduce el contenido armónico de alta frecuencia de la EMI.
Otras Técnicas de Control del Encendido/Apagado: Incluyen la aplicación de un tren de pulsos de alta frecuencia en la señal de control de la puerta (gate) de los transistores. Esto permite controlar y amortiguar los picos de tensión y las oscilaciones de alta frecuencia que se producen durante los eventos de conmutación, reduciendo directamente los transitorios que son una fuente crítica de ruido EMI.

Consideraciones de Diseño Adicionales

La supresión de EMI requiere la integración de estas técnicas con buenas prácticas de Diseño de Placa de Circuito Impreso (PCB), tales como la minimización de áreas de bucle de corriente de conmutación y asegurar una conexión a tierra (Grounding) robusta, crucial para la gestión del ruido de Modo Común.

La implementación conjunta de estrategias de filtrado pasivo y control activo de la conmutación asegura la fiabilidad, el cumplimiento normativo y la seguridad operativa de su convertidor de potencia.