Ensayos de EMC

¿Qué son los ensayos de EMC?

La compatibilidad electromagnética es la capacidad de un dispositivo o sistema eléctrico para funcionar en un entorno electromagnético sin provocar perturbaciones y sin que este interfiera en sus funciones. Los ensayos de EMC son un paso esencial en el desarrollo y la certificación de productos electrónicos. Son imprescindibles para crear productos electrónicos fiables, interoperables y conformes con la normativa. En la mayoría de los países, los ensayos de EMC son obligatorios para la certificación de los productos y el acceso al mercado.

¿Por qué son importantes los ensayos de EMC?

Los productos modernos de electrónica son cada vez más complejos. Esto afecta a todos los sectores: consumo, medicina, automoción, industrial, aeroespacial o militar. Por tanto, la coexistencia libre de interferencias entre los productos eléctricos y de radiocomunicaciones es un aspecto que siempre debe cuestionarse. Solamente con medidas específicas para verificar la compatibilidad electromagnética y suprimir las interferencias puede garantizarse una conectividad segura y fiable.

Existen muchos fenómenos del mundo real que pueden provocar anomalías de EMC dentro de un dispositivo eléctrico o electrónico. Las causas pueden ser:

• circunstancias externas, como interferencias de radiofrecuencia (RF) o eléctricas en las inmediaciones del equipamiento bajo ensayo (EUT)
• circunstancias internas, como emisiones de componentes internos o perturbaciones electromagnéticas
• interferencias provocadas por la interacción humana con el dispositivo, p. ej., descarga electrostática

¿Cuáles son las consecuencias si dichas anomalías no se eliminan antes de que el producto llegue al usuario final?

• Una anomalía resultante de problemas de EMC en un dispositivo médico, como un marcapasos cardiovascular, puede poner en peligro la vida de una persona.
• Las emisiones de un dispositivo móvil pueden interferir en funciones de sensores críticos para la seguridad de un vehículo, un satélite o un robot industrial.
• Las interferencias provocadas por dispositivos electrónicos dentro del hogar pueden afectar a los electrodomésticos.

El diseño y los ensayos de EMC ayudan a prevenir este tipo de fallos y anomalías en el funcionamiento. Otro factor importante por el que deben realizarse ensayos de EMC es la conformidad con la normativa relevante, tanto si se trata de directivas, normas armonizadas, requisitos de los fabricantes o requisitos internos de las empresas. En el siguiente apartado analizaremos en detalle este aspecto.

Normas y ensayos de EMC en los distintos sectores

En los ensayos de EMC es fundamental cumplir con las normas. Todos los productos electrónicos deben satisfacer los requisitos especificados por organizaciones de estandarización como la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI), CISPR, ISO, IEEE, CENELEC, ETSI, FCC, ANSI, RTCA o el comité MIL-STD. Estas organizaciones definen niveles aceptables de emisiones y de inmunidad, y el cumplimiento de sus especificaciones constituye a menudo un requisito legal para la entrada al mercado. Existen centenares de normas diferentes relacionadas con EMC, que generalmente se diferencian en función de la ubicación geográfica y el entorno de uso previsto.

Lidiar con el entramado de la normativa de EMC puede resultar desalentador. En su forma más simplificada, la jerarquía de las normas de EMC puede dividirse en cinco categorías:

• Las normas básicas definen métodos de ensayo, como la prueba de inmunidad radiada según EN/IEC 61000-4-3.
• Las normas genéricas definen niveles de prueba, límites, rango de frecuencias, modulación y condiciones generales de los ensayos.
• Las normas de producto describen condiciones de prueba y criterios para tipos de productos específicos.
• Las normas definidas por fabricantes incluyen niveles y condiciones de ensayo especiales.
• Los requisitos internos de empresas definen márgenes y tolerancias especiales.

Los distintos equipos electrónicos deben demostrar su conformidad con diferentes normas. Por ejemplo:

• Normas aplicables a equipamiento comercial, como equipos industriales, científicos, médicos (ISM), de electrónica de consumo, informáticos/multimedia, electrodomésticos y productos de iluminación, entre las que se incluyen CISPR 11 a 35, la serie IEC/EN 61000-X-X y otras normas específicas de productos.
• Para aplicaciones médicas, como p. ej. audífonos, implantes médicos y sistemas de diagnóstico, IEC 60601-1-2 y ISO 14708-X son posibles normas aplicables.
• Normas relevantes para aplicaciones de automoción, como módulos de infoentretenimiento o de comunicación, componentes o el vehículo completo, incluyen CISPR 12, CISPR 25, ISO 11451, ISO 11452, así como normas específicas del país o del fabricante de equipos originales.
• Las aplicaciones militares y aeroespaciales exigen la conformidad con MIL STD 461, MIL STD 464 o RTCA DO 160, y muchas otras.

Para obtener más información sobre las normas de EMC, visite nuestro sitio web específico en Normas de ensayos EMC.

Proceso de ensayo de EMC

A día de hoy, los productos plantean cada vez mayores exigencias en materia de seguridad, fiabilidad, conectividad y tiempo de lanzamiento al mercado. Como es lógico, esto se traduce en escenarios de test más complejos, y de hecho, no es de extrañar que más del 50 % de la totalidad de los productos no superen los ensayos de EMC en el primer intento. Los contratiempos en esta fase pueden ocasionar altos costes y provocar retrasos en el lanzamiento del producto al mercado. La posibilidad de realizar ensayos de precertificación permite reducir esta tasa de fracaso y mejorar las posibilidades de superar los ensayos definitivos a la primera.

Los ensayos de precertificación son recomendables para detectar posibles problemas en una fase temprana del ciclo de diseño y elevar la probabilidad de superar los ensayos de conformidad oficiales. Los ensayos de precertificación pueden interrumpirse en cualquier momento para analizar en detalle, verificar y depurar las causas de los fallos. Encontrará más información al respecto en nuestros sitios web dedicados a soluciones de sobremesa que facilitan la depuración de EMI y los ensayos de precertificación.

Los ensayos de conformidad se llevan a cabo generalmente a través de una organización externa certificada o un laboratorio de ensayos. En algunos casos también pueden realizarlos los propios fabricantes. Los ensayos de conformidad deben ceñirse a los estrictos y precisos procedimientos definidos en las normas de EMC. Para ello se necesita equipamiento especializado, instalaciones especiales (p. ej., cámaras anecoicas) y personal capacitado: todo ello hace que los ensayos de conformidad estén asociados a costes más elevados.

Tal y como muestra el gráfico de arriba, los ensayos de precertificación y la depuración deberían incorporarse al proceso de diseño. De este modo, es más fácil localizar los problemas de interferencia.

Medidas de compatibilidad electromagnética con el entorno y de coexistencia inalámbrica

El creciente uso de productos inalámbricos y multitecnología en entornos de RF saturados plantea nuevos desafíos que van más allá de las pruebas convencionales de los dispositivos para evaluar emisiones no deseadas y la inmunidad a las emisiones externas.

Las medidas de coexistencia inalámbrica según la norma ANSI C63.27-2021 evalúan la capacidad del equipamiento bajo ensayo para funcionar correctamente en los entornos electromagnéticos para los que está previsto. La exposición humana a campos electromagnéticos de radiofrecuencia de redes móviles LTE o 5G (y de otras fuentes) está regulada por normas nacionales e internacionales. Los ensayos de compatibilidad electromagnética con el entorno incluyen medidas de la intensidad de campo de estas emisiones y la detección de la fuente de señales.

Métodos de ensayo de EMC

Los ensayos de interferencia electromagnética (EMI) o de emisiones garantizan que los dispositivos electrónicos no emitan una radiación electromagnética excesiva que pueda interferir con otros dispositivos o sistemas. Los ensayos de susceptibilidad electromagnética (EMS) o de inmunidad, por su parte, comprueban la capacidad de un dispositivo para funcionar sin problemas en presencia de interferencias electromagnéticas procedentes de fuentes externas.

En esta guía nos concentraremos en cuatro métodos de ensayo de EMC:

• emisiones conducidas
• inmunidad conducida
• emisiones radiadas
• inmunidad radiada

Otros tipos de pruebas, como parpadeo, armónicos, descarga electrostática, sobretensión, inmunidad a campo magnético y transitorios eléctricos rápidos (EFT)/ráfagas no se contemplan en esta guía.

En primer lugar repasaremos algunos conceptos básicos. En los ensayos conducidos por cable, las señales medidas son las que introduce el equipamiento bajo ensayo (EUT) en la red de suministro de CA o la red eléctrica, casi siempre a través del cable de alimentación del EUT. Estas señales se encuentran generalmente en el rango de frecuencias de 9 kHz a 30 MHz. El EUT se conecta a una red artificial (LISN), la cual se conecta a su vez al instrumento de medida. La LISN filtra y aísla el ruido de alta frecuencia de la red eléctrica, lo que permite medir solamente el ruido del EUT.

Una configuración típica para ensayos de emisiones conducidas por cable consta de:

• receptor de pruebas EMI
• software de automatización de pruebas
• transductores, como una LISN o una red de alimentación artificial (AMN)

Una configuración de ensayos de inmunidad conducida para pruebas comerciales en el rango de frecuencias de 150 kHz a 80 MHz incluye por norma general:

• sala apantallada (recomendado)
• red de acoplamiento/desacoplamiento (CDN) o abrazadera electromagnética como transductor
• sonda de inyección de corriente de masa (BCI) para test de automoción o MIL
• generador de señales
• amplificadores de potencia de RF
• sensores de potencia
• transductores
• software de ensayos de EMC para automatizar, controlar y aportar el nivel de potencia y la modulación necesarios al EUT conforme a las normas relevantes

En los ensayos radiados se miden las señales radiadas por el EUT. Generalmente se realizan en el rango de frecuencias de 30 MHz a 1 GHz, pero algunas normas exigen medidas a frecuencias mucho más altas. Para estos ensayos se requieren antenas, y a menudo también una cámara apantallada con elementos absorbentes o una instalación de medida abierta apropiada. En muchos sectores, como en automoción, el sector militar y aeroespacial, se utiliza también el método de prueba por reverberación (es decir, pruebas en una cámara de reverberación).

Analicemos en detalle una configuración para un sistema para ensayos de emisiones radiadas. En el siguiente ejemplo se emplea una cámara semianecoica (SAC) para el equipamiento examinado. Se compone de:

• mesa giratoria y mástil de antena con capacidad de barrido de altura
• receptor de test EMI para garantizar el correcto barrido de frecuencias y la detección de nivel conforme con las normas de EMC relevantes
• software de test de EMC que registra puntos de datos de diferentes posiciones y traza la radiación EMI en una configuración automatizada
• selección de antenas con diferentes rangos de frecuencias especificados entre 30 MHz y 6 GHz (antena logarítmica periódica) o frecuencias ampliadas (antenas de bocina)

La figura de abajo muestra una configuración de medida de inmunidad radiada en la que la distancia entre el extremo de la antena y el EUT es de 3 m. Consta de:

• cámara apantallada con elementos absorbentes
• sondas de campo precalibradas para verificar la uniformidad de campo
• generador de señales
• amplificadores de potencia de RF
• sensores de potencia
• transductores
• software de ensayos de EMC para automatizar, controlar y aportar el nivel de potencia y la modulación necesarios al EUT conforme a las normas relevantes

Desafíos de los ensayos de EMC y soluciones

Ahora que está familiarizado con los principios básicos de los ensayos de EMC, pasaremos a revisar algunas de las dificultades asociadas y cómo superarlas con soluciones para ensayos de EMC.

Las principales dificultades de los ensayos de EMC se derivan de los ciclos de estandarización más cortos y de la limitación de recursos de ensayos.

Esto impone la necesidad de tiempos de ensayo más rápidos y un mayor grado de automatización. Los test de transformada rápida de Fourier (FFT) o escaneado del dominio temporal se han convertido en el método de prueba por defecto, tanto para las pruebas de precertificación de prototipos como para los ensayos de conformidad definitivos. Los receptores de pruebas para medidas en el dominio temporal, como el R&S®ESW , aumentan considerablemente la velocidad y la fiabilidad de los test.

Para implementar un mayor grado de automatización se puede emplear una solución de software como R&S®ELEKTRA, que ofrece numerosas ventajas para:

• planificación de ensayos: configuración, plantillas
• ejecución de los ensayos: control de los instrumentos, automatización
• análisis y generación de informes: diagramas personalizados, inclusión de varias pruebas en el informe

Si está planificando implementar su propia instalación de ensayos de EMC interna en su empresa, es importante ponderar sus objetivos con el presupuesto disponible. Debe tener en cuenta:

• sus necesidades de medida actuales y futuras
• condiciones de la localización (como filtros de la línea de energía eléctrica, electricidad, protección contra incendios, etc.)
• peso y tamaños de EUT, determinantes para las dimensiones de la cámara
• disponibilidad de personal capacitado
• gastos de calibración, servicio y mantenimiento
• escalabilidad y posibilidades de futuras actualizaciones o ampliaciones

Como líder en soluciones para ensayos de EMC desde hace más de 50 años, Rohde & Schwarz cuenta con un largo historial apoyando con su competencia en test y medida a organizaciones de estandarización de EMC. Aplicamos nuestros conocimientos como expertos en el sector para desarrollar instrumentos que cubren todas las normas de EMC, para todos los sectores. Suministramos instrumentos, sistemas, software, actualizaciones, soluciones llave en mano (incluidas cámaras), formación, calibración y servicio técnico. Somos un aliado de confianza para todo lo relacionado con los ensayos de EMC y los servicios asociados, y le guiamos a través de todo el proceso para crear soluciones que responden a sus necesidades actuales y preparadas para satisfacer las exigencias del mañana.

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