Ensayos de EMC

¿Qué son los ensayos de EMC?

EMC es la capacidad de un dispositivo o sistema eléctrico para operar en un entorno electromagnético sin perturbarlo o sin que este lo perturbe. Los ensayos de EMC son un paso crítico en el desarrollo y la certificación de los productos electrónicos. Son fundamentales para crear productos electrónicos confiables, interoperables y conformes con la legislación. En la mayoría de países, los ensayos de EMC son obligatorios para obtener la certificación de un producto y así acceder al mercado.

¿Por qué son importantes los ensayos de EMC?

La electrónica moderna está creciendo sumamente rápido en complejidad. Esto es válido para todos los mercados, ya sea de consumo, médico, industrial, automotriz, aeroespacial o militar. Esto significa que la coexistencia sin interferencias de productos de radiocomunicaciones y eléctricos no puede darse por hecha. Solo las mediciones orientadas para ensayos y supresión de EMC pueden asegurar una conectividad segura y confiable.

Existen muchos fenómenos del mundo real que pueden ocasionar anomalías de EMC en un dispositivo eléctrico o electrónico. Estas pueden deberse a:

• Eventos externos, como interferencias de radiofrecuencia (RF) o eléctricas que se localizan cerca del equipamiento
• Eventos internos, como emisiones de componentes internos o interferencias
• Interferencias causadas por la interacción humana con el dispositivo, por ejemplo, descargas electrostáticas (ESD)

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

• Una anomalía relacionada con la 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 con las funciones críticas de los sensores en un vehículo, avión o robot industrial.
• Las Interferencias ocasionadas por los dispositivos electrónicos dentro de un hogar pueden afectar los electrodomésticos.

El diseño y los ensayos de EMC pueden ayudar a evitar dichas fallas y mal funcionamientos. Otra razón fundamental para realizar ensayos de EMC es la conformidad con regulaciones relevantes, como directivas, normas armonizadas, requisitos tanto del fabricante como internos de las empresas. Esto lo analizaremos con más detalle en la siguiente sección.

Normas y estándares de EMC en diferentes industrias

En los ensayos de EMC es fundamental cumplir con la normativa. Todos los productos electrónicos deben cumplir con los requisitos establecidos por las organizaciones de normalización como CEI, CISPR, ISO, IEEE, CENELEC, ETSI, FCC, ANSI, RTCA o el comité MIL-STD. Estás organizaciones definen los niveles aceptables tanto de emisión como de inmunidad, y el cumplimiento de sus regulaciones es a menudo un requisito legal para poder acceder al mercado. Existen cientos de normas diferentes que se relacionan con la EMC, las cuales suelen diferir en función de la ubicación geográfica y el entorno que se prevé utilizar.

Navegar por el panorama de la normativa de EMC puede ser abrumador. En su forma más simplificada, la jerarquía de las normas de EMC puede dividirse en cinco categorías:

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

Diferentes equipamientos electrónicos requieren el cumplimiento de diferentes normas. Por ejemplo:

• Las normas que se aplican al equipamiento comercial, como industrial, científico y médico (ISM), electrónica de consumo, TI/multimedia, electrodomésticos y equipamiento de iluminación, incluyen la serie de normas CISPR 11 a 35, IEC/EN 61000-X-X, así como cualquier norma específica de un producto.
• Para aplicaciones médicas, como audífonos, implantes médicos y máquinas de diagnóstico, pueden también aplicarse las normas IEC 60601-1-2 y ISO 14708-X.
• Las normas relevantes paraaplicaciones en automóviles, como infoentretenimiento o módulos de comunicación, componentes o el vehículo completo, incluyen las normas CISPR 12, CISPR 25, ISO 11451, ISO 11452, así como las específicas de cada país o de los fabricantes de equipos originales.
• Las aplicaciones militares y aeroespacialesrequieren del cumplimiento de los estándares MIL STD 461, MIL STD 464 o RTCA DO 160 y muchos otros.

Para conocer más sobre las normas de EMC, visite nuestra página web sobre normas sobre ensayos de EMC.

Proceso de los ensayos de EMC

Hoy en día, los productos tienen requerimientos más exigentes que nunca en términos de seguridad, confiabilidad, conectividad y tiempo de lanzamiento al mercado. Esto se traduce, como es natural, en escenarios de prueba más complejos, no es de extrañar que más del 50 % de los productos no pasen los ensayos de EMC la primera vez. Los contratiempos en esta etapa pueden ser costosos y causar retrasos en llevar el producto al mercado. La buena noticia es que los ensayos de preconformidad pueden mitigar este porcentaje de fallas y mejorar las posibilidades de éxito al primer intento.

Los ensayos de preconformidad se recomiendan para descubrir posibles problemas en una fase temprana del ciclo de diseño y aumentan la probabilidad de pasar los ensayos formales de conformidad. Los ensayos de preconformidad pueden detenerse en cualquier momento, y las causas de la falla pueden analizarse, probarse y depurarse completamente. Puede aprender más sobre este tema en nuestra página web y realice directamente en su mesa de trabajo depuración de EMI, así como ensayos de preconformidad fácilmente.

Un laboratorio de terceros o de ensayos certificado suele realizar los ensayos de conformidad. En algunos casos, los mismos fabricantes son quienes los realizan. Los ensayos de conformidad deben ceñirse a los estrictos y precisos procedimientos definidos por las normas de EMC. Se requiere de equipamiento especializado, instalaciones especiales (p. ej. cámaras anecoicas) y personal calificado, lo que conlleva a que los ensayos de conformidad sean más caros.

Como se muestra en la figura, los ensayos de preconformidad y la depuración deben incorporarse al proceso de diseño. Esto facilita la detección de los problemas de interferencia.

Mediciones de compatibilidad electromagnética con el entorno (EMF) y coexistencia inalámbrica

La creciente utilización de productos inalámbricos y multitecnológicos en entornos de RF saturados crea desafíos adicionales, más allá del ámbito convencional de evaluación de dispositivos para detectar emisiones no deseadas y de susceptibilidad a emisiones externas.

pruebas de coexistencia inalámbrica según el estándar ANSI C63.27-2021 evalúan la capacidad del equipamiento para funcionar correctamente en los entornos electromagnéticos en los que se lo utilizará. Normas nacionales e internacionales regulan la exposición humana a los campos electromagnéticos (EMF) de RF que emiten las redes celulares LTE o 5G (así como otras fuentes). Los ensayos de EMF consisten en medir la intensidad de campo de estas interferencias y detectar la fuente de la señal.

Métodos de ensayo de EMC

Las pruebas de interferencia electromagnética (EMI) o de emisión aseguran que los dispositivos electrónicos no emitan excesiva radiación electromagnética que pudiera interferir con otros dispositivos o sistemas. Por otro lado, las pruebas de susceptibilidad electromagnética (EMS) o de inmunidad, evalúan la capacidad del dispositivo para operar sin interrupciones ante la presencia de interferencias electromagnéticas de fuentes externas.

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

• Emisiones conducidas
• Inmunidad conducida
• Interferencias electromagnéticas
• Inmunidad radiada

Otros tipos de ensayos, como de parpadeo, armónicos, dispositivos sensibles a cargas electrostáticas (ESD), sobretensión, inmunidad de campo magnético y de transitorios eléctricos rápidos (EFT) / ráfaga no se tratan en el ámbito de esta guía.

Primeros, analicemos algunos aspectos básicos. Para los ensayos conducidos, las señales medidas son las que el equipamiento introduce a la red de energía de CA o «red eléctrica», la mayoría de veces por medio del cable de potencia del equipamiento. Estás señales suelen estar en la gama de frecuencias de 9 kHz a 30 MHz. El equipamiento se conecta a una red de estabilización de la impedancia de línea (LISN), que a su vez se conecta al instrumento de medición. La red de estabilización de la impedancia de línea (LISN) filtra y aísla el ruido de alta frecuencia de la red eléctrica por lo que es ideal para que solo pueda medirse el ruido del equipamiento.

Una configuración típica para los ensayos de interferencias conducidas incluye:

• Receptor para ensayos de EMI
• Software para la automatización de los ensayos
• Transductores, como LISN o red de alimentación artificial (AMN)

Una configuración para ensayos de inmunidad conducida para ensayos comerciales en la gama de frecuencias de 150 kHz a 80 MHz suele incluir:

• Cuarto blindado (recomendado)
• Red de acoplamiento/desacoplamiento (CDN) o pinzas electromagnéticas como el transductor
• Sonda de inyección de corriente (BCI) para pruebas de la industria automotriz o del estándar MIL
• generador de señales
• amplificadores de potencia de RF
• sensores de potencia
• transductores
• Software para ensayos de EMC para automatizar, controlar y suministrar el nivel de potencia y la modulación adecuados al equipamiento según las normas pertinentes.

Para los ensayos radiados se miden las señales que el equipamiento emite. Suele realizarse en la gama de frecuencias de 30 MHz a 1 GHz, pero algunas normas requieren de ensayos a frecuencias mucho más altas. Estas pruebas necesitan de antenas y a menudo una cámara absorbente blindada o un lugar de prueba adecuado al aire libre. Muchas industrias, como la automotriz, militar y aeroespacial, también utilizan el método de ensayo de reverberación (es decir, ensayos en una cámara de reverberación).

Examinemos en detalle la configuración para un sistema de T&M de interferencias radiadas. En el ejemplo que se muestra a continuación se utiliza una cámara semianecoica (SAC) para un equipamiento. Está equipado con:

• mesa giratoria y mástil de antena con capacidad de escaneo de altura
• receptor para ensayos de EMI que asegura el escaneo de la frecuencia y el nivel de detección correctos según las normas de EMC pertinentes
• software para ensayos de EMC que recopila puntos de datos de diferentes posiciones y mapea la radiación de EMI en una configuración automatizada
• selección de antenas con diferentes gamas de frecuencias específicas de 30 MHz a 6 GHz (antenas logarítmicas periódicas) o con frecuencias ampliadas (antenas de bocina)

En la figura siguiente se muestra una configuración para ensayos de inmunidad radiada en la que la distancia entre la punta de la antena y el equipamiento es de 3 m. Incluye:

• cámara absorbente blindada
• sondas de campo precalibradas para verificar la uniformidad de campo
• generador de señales
• amplificadores de potencia de RF
• sensores de potencia
• transductores
• software para ensayos de EMC para automatizar, controlar y suministrar el nivel de potencia y la modulación adecuados al equipamiento según la normativa pertinente

Desafíos y soluciones de los ensayos de EMC

Ahora que ya se entienden los aspectos básicos de los ensayos de EMC, podemos pasar a analizar algunos desafíos y la manera de abordarlos con soluciones para ensayos de EMC.

Entre los principales desafíos de los ensayos de EMC se incluyen ciclos de normalización más cortos y recursos de ensayos limitados.

Esto genera la necesidad de tiempos de ensayo más rápidos y una mayor automatización. La transformada rápida de Fourier (FFT) o prueba de escaneado del dominio del tiempo se ha convertido en el método de prueba predeterminado para los ensayos de preconformidad de prototipos, así como para los ensayos de conformidad final. Los receptores para ensayos para medir el dominio del tiempo, como el R&S®ESW , pueden aumentar de manera significativa la velocidad y la confiabilidad de los ensayos.

Al utilizar una solución de software como R&S®ELEKTRA puede lograrse una mayor automatización, la cual ofrece muchas ventajas durante:

• la planificación de los ensayos: configuración y plantillas;
• la ejecución de los ensayos: control y automatización de instrumentos;
• los análisis e informes: gráficos personalizados, adición de múltiples ensayos a un informe

Si pretende crear su propia instalación interna de ensayos de EMC, es importante que equilibre sus ambiciones con el presupuesto disponible. Considere:

• sus necesidades de ensayos actuales y futuras
• requisitos de ubicación (como filtros de línea de energía eléctrica, electricidad, protección contra incendios, etc.)
• peso y tamaño del equipamiento, el cual determina las dimensiones de la cámara
• disponibilidad de personal capacitado
• costo de la calibración, servicio y mantenimientos
• escalabilidad y posibilidad de actualizaciones o ampliaciones futuras

Como líder en ensayos de EMC por más de 50 años, Rohde & Schwarz tiene una larga trayectoria proporcionando su experiencia en T&M a las organizaciones encargadas de definir las normas de EMC, y utilizamos nuestro conocimiento interno para desarrollar equipos de prueba y medición que sean compatibles con la normativa de EMC en todas las industrias. Suministramos equipos de prueba y medición, sistemas, software, actualizaciones, soluciones «llave en mano» (como cámaras), cursos de capacitación, calibración y servicios. Somos un socio comercial de confianza en soluciones y servicios de ensayos de EMC, que lo guiará durante todo el proceso de creación de soluciones que se adapten a sus necesidades actuales y satisfagan las necesidades del mañana.

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