Las emisiones electromagnéticas radiadas y conducidas son una consecuencia física natural de cualquier sistema donde exista variación rápida de corriente o voltaje en el tiempo. En electrónica de potencia, convertidores DC-DC, inversores, motores controlados por PWM y fuentes conmutadas, estos efectos aparecen debido a los principios establecidos por la Ley de Faraday y la Ley de Lenz.

Comprender el origen físico de estas emisiones es fundamental para realizar pruebas EMC, diseño de filtros, depuración de ruido y validación de cumplimiento normativo.

 

Relación entre la Ley de Faraday, la Ley de Lenz y las emisiones EMC

La Ley de Faraday establece que un campo magnético variable induce una fuerza electromotriz sobre un conductor cercano.

V=-NdΦBdt​​

Donde:

• V es el voltaje inducido
• N el número de espiras
• ΦB​ el flujo magnético
• dΦBdtfrac{dPhi_B}{dt}dtdΦB​​ representa el cambio temporal del campo magnético

La Ley de Lenz complementa este fenómeno indicando que la corriente inducida se opone al cambio que la produjo. En términos prácticos, cualquier transición rápida de corriente genera campos magnéticos variables que inducen corrientes y voltajes no deseados en pistas, cables, blindajes y estructuras metálicas cercanas.

En EMC esto se traduce en:

• Emisiones conducidas sobre líneas de alimentación
• Emisiones radiadas desde cables o PCB
• Corrientes de modo común
• Acoplamiento inductivo y capacitivo
• Interferencia entre módulos electrónicos

 

Por qué son comunes en fuentes conmutadas y sistemas PWM

Las fuentes conmutadas y sistemas PWM trabajan mediante transiciones rápidas ON/OFF de transistores MOSFET o IGBT.

Cada transición produce:

• Altos valores de dV/dtdV/dtdV/dt
• Altos valores de dI/dtdI/dtdI/dt
• Armónicos de alta frecuencia
• Campos electromagnéticos transitorios

Mientras más rápida sea la conmutación, mayor contenido espectral aparecerá en frecuencias altas.

Por ejemplo:

Sistema	Frecuencia típica de switching
Fuente flyback	20 kHz – 250 kHz
Convertidor buck industrial	100 kHz – 2 MHz
Inversor automotriz	10 kHz – 50 kHz
Control PWM de motor	2 kHz – 40 kHz
Convertidores GaN modernos	1 MHz – 10 MHz

Aunque la frecuencia fundamental pueda estar en cientos de kHz, los armónicos generados pueden extenderse fácilmente hacia:

• 30 MHz
• 100 MHz
• 500 MHz
• incluso varios GHz por tiempos de subida extremadamente rápidos

 

Rango típico de emisiones conducidas y radiadas

Emisiones conducidas

Las pruebas de emisiones conducidas normalmente se evalúan en:

Norma EMC típica	Rango
CISPR 11	150 kHz – 30 MHz
CISPR 32	150 kHz – 30 MHz
Automotriz CISPR 25	150 kHz – 108 MHz

Estas emisiones viajan principalmente sobre:

• líneas AC
• líneas DC
• tierra
• retorno
• blindajes
• arneses

Emisiones radiadas

Las emisiones radiadas suelen medirse en:

Aplicación	Rango común
Comercial/industrial	30 MHz – 1 GHz
Automotriz	hasta 2.5 GHz
Electrónica inalámbrica	hasta 6 GHz o más

Los cables largos y pistas de PCB pueden comportarse como antenas involuntarias cuando su longitud eléctrica coincide con fracciones de longitud de onda.

 

Ejemplo práctico: Inversor PWM para motor industrial

Un ejemplo clásico es un variador de frecuencia industrial que controla un motor trifásico mediante PWM.

Elementos presentes:

• Etapa rectificadora AC/DC
• Banco de capacitores
• IGBT o MOSFET de potencia
• Drivers de compuerta
• DSP o microcontrolador
• Encoder
• Comunicación industrial
• Fuente auxiliar SMPS

Problemas EMC frecuentes:

• Corriente de modo común sobre tierra
• Ruido sobre encoder
• Reinicios del microcontrolador
• Falsos disparos en sensores
• Interferencia en Ethernet industrial
• Emisiones radiadas desde el cable del motor

En estos sistemas, el cableado del motor puede funcionar como una antena de gran longitud debido a las altas pendientes de voltaje generadas por los IGBT.

 

Dirección de las sondas y relación con la inducción electromagnética

Las sondas EMC funcionan precisamente bajo la Ley de Faraday: un flujo magnético variable induce un voltaje sobre la bobina interna de la sonda.

La orientación es crítica porque el campo magnético tiene dirección.

Para campos magnéticos (H-field)

La máxima lectura ocurre cuando:

• el plano de la espira de la sonda es perpendicular al flujo magnético

o equivalentemente:

• el eje de la sonda queda alineado con las líneas de campo

Para corrientes en conductores

Aplicando la regla de la mano derecha:

• el campo magnético rodea al conductor
• la sonda debe interceptar esas líneas de flujo

En debugging EMC esto permite localizar:

• loops de corriente
• resonancias
• puntos de alta radiación
• nodos de switching

 

Módulos electrónicos normalmente afectados

En sistemas conmutados es común encontrar alrededor:

• microcontroladores
• FPGAs
• memorias DDR
• buses CAN/LIN
• Ethernet industrial
• sensores analógicos
• ADC de precisión
• módulos RF
• Bluetooth/WiFi
• pantallas LCD
• encoders
• interfaces USB

Todos ellos pueden ser vulnerables a interferencia electromagnética.

 

Consecuencias de no realizar pruebas EMC

La ausencia de pruebas EMC puede provocar:

• fallas intermitentes difíciles de diagnosticar
• reinicios aleatorios
• pérdida de comunicación
• corrupción de datos
• errores de medición
• disparos falsos de protección
• incumplimiento normativo
• rechazo de certificación
• devoluciones de producto
• daño reputacional
• incremento de costos de rediseño

En sectores automotrices, médicos, aeroespaciales e industriales, un problema EMC puede representar riesgos funcionales críticos.

 

Importancia de las pruebas de pre-compliance y debugging EMC

Las pruebas de pre-compliance permiten detectar problemas de emisiones antes de la certificación formal.

Esto reduce:

• iteraciones de diseño
• tiempo de validación
• costos de laboratorio acreditado
• riesgo de falla regulatoria

Herramientas comunes utilizadas:

• LISN
• sondas de corriente
• near-field probes
• analizadores de espectro
• receptores EMI
• cámaras semianecoicas
• osciloscopios de alta velocidad

La correlación entre fundamentos físicos y mediciones EMC es clave para interpretar correctamente las emisiones y aplicar soluciones efectivas como:

• filtrado EMI
• control de layout
• blindajes
• ferritas
• control de retorno
• optimización de switching
• reducción de loops de corriente

 

Aplicaciones típicas donde se estudian estos fenómenos

• Electrónica automotriz
• Cargadores EV
• Variadores de frecuencia
• Convertidores DC-DC
• Fuentes industriales
• Equipos médicos
• Sistemas ferroviarios
• Aeroespacial
• Electrónica de consumo
• Telecomunicaciones
• Servidores y centros de datos
• Equipos IoT industriales

 

Servicios relacionados de EMC y validación

Las pruebas y análisis derivados de estos fenómenos suelen incluir:

• emisiones conducidas
• emisiones radiadas
• debugging EMC
• análisis near-field
• validación pre-compliance
• diseño de filtros EMI
• análisis de corriente de modo común
• validación de fuentes conmutadas
• análisis de integridad de potencia
• pruebas sobre inversores PWM
• evaluación de cableado y arneses
• soporte para certificación CISPR, IEC y automotriz