Filtros EMI: Funcionamiento y usos en equipos electrónicos.

Aprendamos todo sobre estos circuitos electrónicos presentes en todos los equipos actuales.

Casi todos esos equipos electrónicos generan algún tipo de ruido y/o interferencias que viaja por la línea eléctrica de nuestro hogar u oficina que afecta a otros equipos. A este indeseado fenómeno, se le conoce como “EMI” del inglés: Electro-Magnetic Interference. O: Interferencia Electro-Magnética, en español. Y por su puesto, existe una manera de suprimir este tipo de ruidos con un circuito conocido como: Filtros supresores de Emi´s, Filtros para EMI´s, o simplemente filtro EMI. Vamos a conocer mas a fondo este tipo de circuitos. Pero antes, es importante saber mas sobre esas infames EMI´s...

Un filtro EMI es el primer circuito en casi todos los equipos electrónicos actuales.

Esto se debe a lo antes mencionado. Pero como contexto, vamos a explicar un poco sobre este tipo de interferencias y ruidos electromagnéticos que andan tan comunes en nuestras líneas eléctricas. 

Causas que generan ruidos o interferencias denominadas EMI.

En su mayoría las generan los dispositivos electrónicos y algunos equipos eléctricos como motores.

Anuncio:

Enfocándonos en lo casos de electrónica: Son un resultado no deseado del proceso de conversión de Corriente alterna (CA) a corriente directa (CD) del a linea comercial (120-220 Vca) de forma directa y sin ningún tipo de aislación. Esta rectificación se realiza con un arreglo de diodos y condensadores. La CD es la requerida en todo equipo electrónico necesita para funcionar. 

Circuito rectificador CA-CD usado de forma directa en la línea comercial.

También mencioné que algunas de estas interferencias se generan por motores eléctricos, pero predomina fuertemente  la generación de EMI´s, por las modernas y cada vez más usadas fuentes  conmutadas (o swichers) que vienen en todas las computadoras, Tv´s, muchos equipos de sonido, Tvs y muchos otros dispositivos caseros, de oficina e industriales. También son generadas por los mini circuitos en los Focos ahorradores LED, lámparas florecientes, cargadores de baterías para smarth phones, y una interminable lista. Todo este conjunto generan una cantidad increíble de EMI´s que viajan y se suman por la instalación eléctrica de nuestros hogares.

Ejemplo de fuente conmutada o swicher, encontrada en muchos equipos electrónicos actuales. 

En la imagen de arriba podemos ver el ejemplo de una fuente conmutada o swicher, usada  en casi todos los equipos electrónicos modernos. Estas fuentes de voltaje generan una increíble cantidad de interferencia electromagnética que, sin ningún tipo de filtro, viaja por los cables de la instalación  y afecta otros equipos.

El problema se ha vuelto bastante serio. Pues las consecuencias de estas interferencias electromagnéticas van desde molestos ruidos en equipos de sonido o radio, pasando por sobrecalentamiento de cables eléctricos, hasta causar daños directos en otros equipos electrónicos que no cuenten con un filtro EMI. Pues una característica peligrosa en las  EMI´s, es que en ocasiones generan tensiones muy altas.

Anuncio:

Para solucionar esto, existe un circuito especialmente dedicado para que las EMI´s, que genera un equipo electrónico, no salga y viaje por el cableado. Este mismo circuito bloquea las EMIs entrantes generadas por otros equipos. Este circuito lo van a encontrar muchas mas veces de lo creen, si se dedican a reparar electrónicos de hogar y oficina.

Filtro supresor de Interferencias electromagnéticas o: EMIs, para equipos electrónicos.

Identificación de un filtro EMI en un circuito electrónico.

El circuito correspondiente a un filtro EMI, comienza justo después del fusible e interruptor (si existe) de corriente alterna, y será el primer grupo de componentes que reciben la alimentación eléctrica. Después del circuito del filtro EMI, continua el circuito rectificador de corriente alterna a corriente directa no aislado.

Identificación de un filtro EMI en fuentes de voltaje conmutada.

Los componentes básicos que forman un filtro supresor de EMI´s, como mínimo consisten en una o más resistencias comunes de película de carbón, uno más condensadores de diseño especial del tipo X y de tipo Y  y un o dos inductores (bobinas) en pares. Algunas versiones complejas de filtro EMI, agregan también de varistores para protección de picos de tensión.

Identificación de componentes que conforman un filtro supresor de EMIs. 

Después del circuito que forma el filtro EMI, sigue el circuito rectificador de CA a CD, típicamente hecho con diodos y uno o dos condensador electrolítico.

El circulo rojo identifican componentes del filtro EMI. El circulo amarillo componentes del rectificador CA-CD.

Con esta información será fácil identificar los componentes que conforman un filtro EMI en cualquier circuito electrónico.

Funcionamiento de un filtro supresor de EMI.

Vamos a tomar como referencia el siguiente diagrama electrónico, que corresponde a un filtro EMI completo, para después explicar su funcionamiento:

Diagrama Electrónico de un filtro EMI.

Siguiendo el flujo de corriente que circula por la "Línea" del circuito, un filtro supresor de Emi´s. funciona de la siguiente manera:

R1: Una (o varias resistencias en serie) colocada en paralelo entre la Fase y el Neutro de la línea eléctrica, con un valor óhmico elevando, desde los 250K ohms, y hasta 1 M Ohm . Esta resistencia no cumple ninguna función de filtrado. Mas bien, es una “resistencia de descarga”. Actúa cuando el circuito está apagado, descargando los condensadores y bobinas de corriente residual que queda almacenada en estos componentes. Para evitar posibles daños entre ellos, por la corriente de retorno que tienen los inductores (bobinas) o las cargas de voltaje que almacenan los condensadores.

Anuncio:

También evita posible descarga eléctricas a las personas y equipos de medición, si el filtro es manipulado o revisado. NO es una regla que esta resistencia de descarga vaya al inicio del circuito, solo es algo muy común. Puede ir después de los inductores, todo depende del criterio del diseñador del filtro, acorde al valor de los componentes.

Si quieres saber más sobre las resistencias de descarga, te invito a que leas el articulo siguiente y aprendas todo sobre esta función tan importante en circuito electrónicos, solo dale clic en el siguiente link:

Resistencias de descarga ¿Para que son y donde se usan?

CX1: Después de la resistencia de descarga, el primer condensador por el que pasará la corriente alterna a filtrar, está conectado en paralelo a los polos Fase y neutro de la línea eléctrica. Es un condensador de diseño especial denominado “condensador de tipo X”, su diseño lo hace soportar corto circuitos y picos de altos voltajes (2500 volts, mínimo)  Esto es así, porque según el valor en dicho condensador (algunos nanofaradios y hasta 1 o 2 micro faradios), permitirá el flujo de corriente por él, a partir de cierta frecuencia altas típicas en las EMI´s , lo cual generará un corto circuito (por su conexion en paralelo con la Fase y el neutro) que dicho condensador debe soportar, así es como anula las EMI´s. Por eso el diseño especial de estos condensadores.

NO se debe colocar un condensador común en este tipo de filtros. Pues no soportarían por mucho tiempo, los picos de voltajes altos o los cortos circuitos a causa del arreglo en paralelo.

L1 y L2: Después del primer condensador tipo X, sigue un par de inductores que comparten un solo núcleo de ferrita, conectados en serie en cada polo de la línea eléctrica; bobinas calculadas para que solo permitirá el flujo de corriente con bajas frecuencias, anulando todas las medias y altas frecuencias que logren escapar del primer condensador. Suprimiendo asi, todas las posibles  EMI´s de frecuencias que entren en esos rangos. Y solo dejará pasar tensiones cuyas frecuencias estén al rededor de los 50 o 60 herz (frecuencia típica de la línea eléctrica)

CX2,  L3 y L4: Dejadas atrás las primeras bobinas, se repite otra etapa similar: Un segundo condensador del tipo X, conectado también en paralelo a los polos de la línea eléctrica, y un segundo par de bobinas conectados en serie en cada polo, se encargarán de reforzar la acción de filtrado, eliminando las EMI´s que pudieran escapar de la primera etapa.

CY1 Y CY2: Otros dos condensadores de diseño especial llamados “condensador de tipo Y” Tienen la misma función que el primer condensador (el de tipo X) en el filtro EMI, pero típicamente tienen un valor más bajo en faradios (algunos picos faradios) y soportan voltajes muchísimos más altos (hasta 8000 Volts) Estos no están conectados en paralelo entre los dos polos (fase y Neutro) de la línea eléctrica a filtrar como el de tipo X; Se conectan en paralelo a un tercer polo, denominado: “tierra eléctrica”. Las EMI´s con valores de frecuencia y voltajes muy altos, pasaran por estos condensadores y serán enviadas a ese tercer cable eléctrico.

La respuesta del por qué se conectan estos condensadores de tipo Y, a un tercer hilo neutro, es:

Porque muchas EMI´s, viajan a través de ambos hilos de la línea eléctrica, fase y Neutro, simultáneamente.

La primera etapa del circuito, que está formada por el condensador (CX1),  elimina satisfactoriamente cualquier EMI que venga solo por un polo, ya sea la Fase o el Neutro, anulándola al entrar en corto circuito. Pero no anulará las EMI´s, si esta viene por ambos polos simultáneamente. Lo mismo ocurrirá con el inductor y la segunda etapa (CX2), No pueden eliminar satisfactoriamente una o varias EMI´s, que pasen por ambos polos al mismo tiempo. Pero no escaparán de la configuración con los condensadores tipo Y que enviarán esas EMI´s a un tercer polo neutro. Suprimiéndolas completamente.

Anuncio:

Algunos modelos de filtros supresores de EMI´s, colocan estos condensadores tipo Y, al principio del circuito, y no al final como aquí mencionamos. La posición en el circuito no tiene importancia, al final, suprimirá una gran parte de EMI´s. Solo hay que poner en claro:

"Un Filtro electrónico supresor de EMI´s, que se denomine respetable, cuenta con esa tercera conexión correspondiente a la tierra física de la instalación eléctrica.

 De no hacerlo, dejará entrar o salir algún tipo de interferencia electromagnética del circuito donde esté instalado. y su montaje seria mediocre o inútil"

Condensadores del tipo Y1 en un filtro EMI.

Pero también existen casos donde ciertos equipos electrónicos no requieran un filtro supresor de EMI´s tan robustos. En estos casos no se conectan en paralelo los condensadores de tipo Y1 en un tercer hilo de “tierra”.   Es cuestión del diseño del equipo, el entorno donde está pensado usarse y el criterio del fabricante. Aunque hay una regla general no escrita que he descubierto, pero que no puedo confirmar a ciencia cierta:

"Los equipos que consumen una mayor cantidad de potencia eléctrica, tienen filtros EMI´s más complejos y robustos. Y los equipos que consumen menos potencia eléctrica, tienden a tener filtros EMI´s muy simples".

Me eh encontrado con equipos electrónicos pequeños, de oficina y hogar, como algunas impresoras de tinta, varias pantallas de Tv y algunos modelos de equipos de sonido, que en sus fuentes de voltaje incluyen un filtro EMI compuesto solo con un condensador y un par de bobinas.

Anuncio:

Haciendo un lado mi pensar sobre  un mal diseño, me inclino mas a la idea de que los equipos de este tipo no requieren un filtro tan robusto. Un filtro supresor de EMI´s sin terminal de tierra fisica no lleva incorporados los condensadores del tipo Y.  En la imagen de abajo podemos ver uno de esos ejemplos; Supongo que en algunos casos como la fuente de la imagen, con esos componentes  basta. O quizá se trate de ahorra materiales. la fuente corresponde a una pequeña impresora de tinta para hogar.

Un filtro supresor de EMI´s sin terminal de tierra fisica.

¡Pero ojo!:

Esto no justifica que en muchos equipos económicos de mala calidad no se encuentre ningún tipo de filtro EMI, aunque lo necesite e incluso esté indicado que existe el espacio para sus componentes en la serigrafía de su circuito impreso o “PCB”. Y que por ahorrarse componentes y reducir costos, no los instalen. Y solo “puenteen” el circuito; Eso es deshonesto.

Filtro EMI puenteado en fuente conmutada (swicher) de mala calidad.

Pasando a otro punto relacionado sobre los filtros EMI:

Existe una versión muy simple de supresor de EMI´s. que consta solo de una bobina y un condensador, Llamado: “filtro de desacople”. Que se usa en corriente directa (CD). Existen ocasiones donde dentro de un mismo circuito electrónico, coexisten varios tipos de circuitos que son alimentados por la misma fuente de voltaje, y que pueden generar EMI´s internas. Por tal motivo es necesario desacoplar las alimentaciones para evitar que las posibles interferencias generadas por uno de ellos, hagan funcionar de mala manera a otro de los circuitos. Es aquí donde se usa este simple arreglo de dos componentes.

Un filtro de desacople para CD es otra versión de los filtros EMIs.

Fallas que puede tener un filtro EMI?

Aunque es muy raro… ocurre. Aquí las fallas típicas, poco frecuentes, que pueden tener los filtros EMI:

• Si cualquiera de los condensadores se abre, el filtro EMI, perderá su eficiencia y dejará pasar ruido. (falla oculta).

• Si cualquiera de los condensadores en el filtro EMI entra en corto circuito permanente, el equipo fundirá el fusible (si existe) impidiendo el uso de todo el equipo.

• En los inductores, la única falla posible, es que la bobina se “abra” y el circuito no se energice, impidiendo su uso.

Usos y aplicaciones de un filtro Emi.

Prácticamente, casi todos los equipos electrónicos modernos, de buena calidad o marcas reconocidas, llevan incorporado un filtro EMI en su fuente de alimentación.

Anuncio:

Sin embargo, donde NO se encuentran filtros supresores de EMI´s, y deberían existir, es muchos modelos de focos ahorradores, tanto de tecnología LED como fluorescente, en muchísimos cargadores de baterías para Smartphone, económicos y en muchas fuentes para computadoras portátiles de imitación o económicas. Estos dispositivos electrónicos, son los generadores número uno de EMI´s en las casas.

Componentes electrónicos que forman un filtro EMI confiable.

Uno como el que muestra en el siguiente diagrama:

Diagrama de un circuito para filtro EMI confiable.

Es una opción muy confiable y robusta para supresión de interferencias y eliminación de picos de voltaje peligrosos; "Dos en uno". Se agregan algunos varistores y está más que claro que debe contar con un tercer hilo para la “tierra eléctrica”.

Su funcionamiento es idéntico a lo explicado con anterioridad, solo que se anexa un varistor, conectado en paralelo junto al primer condensador tipo X (C1), que se encargará de anular cualquier pico de tensión elevada y peligrosa, que entré al circuito. Dándole más vida útil al condensador del tipo X. Mismo caso para el siguiente par de varistores que se conectan en paralelo con los condensadores de tipo Y ( C2 y C3) que en esta ocasión, están colocados en el diagrama al principio, y no al final.

Y bueno… Creo que eso abarca todo lo que tienes que saber sobre los Filtro supresores de EMI´s. Aun así, cualquier duda, comentario, punto de vista y hasta critica, anótalo abajo, en la sección de comentarios, siempre los leo todos y, aunque a veces me tardo, respondo.

¡Sigan sonriendo!

Esta información ha sido patrocinada por...

¡USTED!

Si desea ayudarme directamente para seguir publicando mas proyectos e información valiosa, puede convertirse en patrocinador estrella con una pequeña donación: 

 

 

Aunque no debe sentirse obligado;

Solo con leer, comentar o compartir este material, ya me ayuda un montón.  

Pero si desea apoyarme directamente... 

¡Muchísimas Gracias! 

Así seguirán siendo gratis para todos. 

Anuncio:

QUIZA TAMBIEN TE INTERESE:

RESISTENCIAS DE DESCARGA EN CIRCUITOS ELECTROCICOS. PARA QUE SON Y CUANDO SE USAN.

FUENTE DE VOLTAJE CAPACITIVA. FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES REALES.