Cuando nos enfrentamos a las emisiones conducidas excesivas debidas a las conmutaciones de las fuentes de alimentación o convertidores, una de las primeras cosas que se debe investigar es el filtro de red.
Los filtros de red tienen secciones de modo común y modo diferencial. Cuando se miden las emisiones conducidas a través de una LISN, en realidad, estamos midiendo tanto las tensiones conducidas en modo diferencial como las tensiones en modo común simultáneamente.
Para conocer más sobre este tema, lee este post … (Leer más)
SONDA DE CORRIENTE
Para separar las emisiones en modo diferencial y las emisiones en modo común, podemos usar una sonda de corriente. No es directamente comparable a la medición con LISN, que es una tensión, pero puede proporcionar información útil sobre que emisión es más ruidosa.
Es fácil medir las corrientes en modo común, simplemente abrazamos con la sonda de corriente los cables de la línea y el neutro y hacemos la medición (figura 1). Hay que recordar que las corrientes en modo común circulan en ambos cables en la misma dirección y normalmente terminan irradiando, así como conduciendo nuevamente a la línea de alimentación.
Por otro lado, para medir las corrientes de modo diferencial y cancelar las corrientes de modo común, necesitamos configurar los cables de manera que atraviesen la sonda de corriente en direcciones opuestas (figura 2).
Tener en cuenta que cuando hagamos esto, la lectura de la intensidad será el doble de la corriente del modo diferencial real (6 dB más alto). Las medidas obtenidas corresponden a las corrientes en modo común y en modo diferencial pero los límites están dados en tensión (dBμV), por lo que no se pueden comparar directamente contra el límite de la norma.
Debemos considerar que las corrientes de modo diferencial son sustancialmente más grandes que las corrientes de modo común. Debemos cuidar que la corriente máxima en modo diferencial no sature el núcleo de la sonda de corriente. Esto sugiere que la sección de modo común del filtro de línea es adecuada, mientras que el modo diferencial del filtro podría necesitar algún trabajo adicional. Por ejemplo, un pequeño inductor de serie en el lado de la línea proporcionaría más impedancia para que el condensador tipo X (Cx) funcione.
SEPARADOR
Existe una alternativa al uso de una sonde de corriente. Se trata de usar un separador de modo común/modo diferencial (figura 3). Consiste en un módulo con cuatro conectores BNC.
Las entradas LISN1 y LISN2 se conectan a las líneas L y N de la LISN (figura 4).
Cuando se desea realizar la medida de las emisiones conducidas en modo común se conecta la salida COMMON MODE al analizador de espectros y se conecta una carga de 50 óhmios en la salida DIFFERENTIAL MODE. Cuando se desea medir el modo diferencial se conecta la salida DIFFERENTIAL MODE al analizador de espectros y se conecta una carga de 50 ohmios a la salida COMMON MODE.
Es importante no olvidar la carga de 50 Ohmios para tener el sistema balanceado. En este caso, hemos usado un separador de la marca Tekbox Digital TBLM01. Hay otros separadores en el mercado, pero éste es relativamente asequible y un margen de frecuencias de 30 kHz – 110 MHz.
RESULTADOS CON SEPARADOR
Para ilustrar la utilidad de este accesorio, hemos usado este separador para medir las emisiones conducidas de un foco con leds. Las emisiones conducidas en bornes de una LISN según lo indicado en la norma se muestran la figura 5.
El resultado es que las emisiones superan el límite para el entorno residencial (traza verde en la figura 5) y el objetivo es reducir estas emisiones.
La primera pregunta que debemos hacer viendo estos resultados es ¿son debidos al modo común o al modo diferencial? Conocer el carácter de las emisiones es crucial para solucionar el problema.
Las soluciones serán diferentes en función del tipo de emisiones que se deben reducir. Es decir, ¿debemos mejorar la sección del filtro en modo común o la sección del filtro en modo diferencial? El separador de modo común – modo diferencial nos va a ayudar a resolver esta pregunta.
La figura 4 muestra como se conecta el separador de modo común – modo diferencial a una LISN comercial. La única condición que debe cumplir la LISN es disponer de dos salidas de medida, una para la línea (L) y una para el neutro (N). No todas las LISN comerciales disponen de estas dos salidas ya que utilizan un conmutador interno que dirige hacia el único conector de medida la línea a medir, cargando con 50 ohmios la línea que no se está midiendo en ese momento.
Esta configuración permite la automatización de las medidas, especialmente si el conmutador se puede controlar de forma remota, ya que los paquetes de software de medida avanzados pueden controlar este conmutador y permiten hacer una medida completa en un solo ensayo. Esta capacidad de automatización es muy valorada por los laboratorios de ensayo ya que permite reducir el tiempo de ensayo y aumentar la fiabilidad de las medidas ya que reduce los errores de medida debido a posibles errores en la selección de la línea a medir. Pero aquí el objetivo es realizar una medida investigativa que nos permita conocer el origen de las emisiones y de esa manera aplicar las soluciones más efectivas y no perder el tiempo con pruebas que no producen resultados.
La figura 6 muestra las emisiones en modo diferencial obtenidas utilizando el separador descrito anteriormente.
La figura 7 muestra las emisiones en modo común utilizando el separador descrito anteriormente.
A la vista de estos resultados es evidente que este producto (luz LED) tiene un problema de emisiones en modo diferencial. Tras los resultados obtenidos utilizando la LISN en su modo normal, la primera idea que se nos puede ocurrir es colocar una ferrita en el cable de alimentación.
Estas ferritas, al abrazar ambos cables simultáneamente, únicamente son efectivas en modo común. Pero como las emisiones de este equipo son predominantemente en modo diferencial y el resultado que hubiéramos obtenido añadiendo esta ferrita habría sido aproximadamente el mismo que sin la ferrita.
¡Sorpresa!, nuestra ferrita “mágica” que tantas veces nos ha funcionado ¡no tiene efecto esta vez!
¿Qué podemos hacer? Debemos buscar una solución que mejore las emisiones en modo diferencial y un condensador va a tener un impacto mucho mayor que una ferrita. Las gráficas obtenidas utilizando el separador de modo común y modo diferencial nos muestran que cualquier mejora que afecte a las emisiones en modo diferencial va a tener un impacto muy importante en las medidas finales con LISN, pero las mejoras de las emisiones en modo común van a tener poco efecto en las medidas finales. Por tanto, nos está indicando el camino a seguir evitando pérdidas de tiempo aplicando soluciones que no van a aportar resultados.
Llegados a este punto tenemos dos caminos para resolver este problema: podemos diseñar nosotros el filtro o podemos seleccionar un filtro comercial. La gran ventaja que aporta utilizar este tipo de accesorio es que ahora tenemos un criterio objetivo que nos permitirá elegir el filtro de una forma más eficiente. No por poner el filtro más “grande” y más “caro” vamos a tener mejores resultados. Eligiendo un filtro más sencillo y económico, pero que mejore sustancialmente el filtrado en modo diferencial podemos obtener los mismos resultados.
AUTORES
Francesc Daura, Ingeniero Industrial, experto en compatibilidad electromagnética. Director de LEEDEO / CEMDAL
Raimon Gómez, Ingeniero de Telecomunicaciones, responsable de acreditaciones y homologaciones en LEEDEO / CEMDAL
REFERENCIAS
- Henry W. Ott, “Electromagnetic Compatibility engineering”, 2009, John Wiley & Sons
- Kenneth Wyatt, “Measuring Common Mode Versus Differential Mode”, Interference Technology”, April 2017
- Francesc Daura Luna, “El choque en modo común y las EMI”, Revista Española de Electrónica”, Marzo 2015
- Francesc Daura Luna, “El mito de las interferencias en modo común”, Revista Española de Electrónica”, Julio 2014
- Separador Tekbox TBLM01 – Line Impedance Stabilization Network Mate
Más información: info@leedeo.es , contacto@cemdal.com
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