¿Cuáles son los métodos para controlar las emisiones conducidas?

En los últimos años, el mercado de vehículos eléctricos (VE) se ha desarrollado dinámicamente, junto con la rápida expansión de la infraestructura de carga. El número de automóviles eléctricos crece rápidamente: solo en el Reino Unido hay más de 32,5 millones de vehículos registrados, y una proporción creciente son eléctricos o híbridos enchufables. Esto genera una gran demanda de cargadores de VE eficientes, seguros y conformes con las normas.

Para muchas empresas, especialmente startups, este mercado representa un gran potencial de crecimiento. Sin embargo, desarrollar estos dispositivos conlleva una serie de desafíos técnicos, especialmente en el área de compatibilidad electromagnética (EMC), concretamente en lo que respecta a las emisiones conducidas.

¿Por qué son problemáticas las emisiones conducidas?

Las emisiones conducidas son una forma de interferencia electromagnética que se transmite a través de los cables de alimentación, generalmente a través del neutro o del conductor de protección a tierra. Los cargadores de VE suelen utilizar convertidores DC/DC de alta eficiencia, que sin embargo pueden generar interferencias. Si las corrientes generadas por el cargador no están suficientemente filtradas, pueden superar los límites establecidos por las normas de EMC.

Esto no es solo un problema técnico: no pasar las pruebas de EMC impide obtener certificaciones (por ejemplo, CE, FCC, UKCA) y, por tanto, lanzar el producto al mercado.

Importancia del cumplimiento EMC para el mercado VE

Por experiencia, muchas empresas jóvenes subestiman la importancia de la EMC en la fase de desarrollo. Nos contactan solo después de fallar una prueba de EMC, lo que causa retrasos y costes adicionales en rediseños.

Las emisiones conducidas deben entenderse y abordarse desde la etapa de diseño. Esto requiere conocimientos en electrónica, mecánica, software y rutas de retorno de corriente. Un buen control de interferencias garantiza no solo la conformidad, sino también la fiabilidad y seguridad del producto.

Principales fuentes de emisiones conducidas en cargadores VE

El papel del convertidor DC/DC

El núcleo de los cargadores VE modernos es un convertidor DC/DC que adapta el voltaje de carga. Funciona a altas frecuencias de conmutación para lograr una alta eficiencia, lo que genera interferencias en el rango de varias decenas de kHz. Parte de esta interferencia regresa por el neutro o tierra, causando interferencias. Sin una filtración adecuada o protección EMC, el convertidor es una fuente principal de ruido electromagnético.

Rutas de retorno de corriente y conexión a tierra

Las emisiones conducidas siempre regresan por el camino de menor impedancia, generalmente por el neutro, PE, carcasa o apantallado. Los condensadores Y (entre lado primario y secundario) y los condensadores X (entre fase y neutro) son clave. Sus valores afectan la eficiencia de filtrado, pero deben permanecer dentro de los límites de seguridad (por ejemplo, Y ≤ 4,7 nF). Un análisis cuidadoso de las corrientes de retorno y las impedancias es fundamental para un filtrado eficaz.

Enfoque óptimo para resolver problemas EMC

Pruebas preliminares en laboratorio EMC

Antes de realizar cambios en el circuito, se requieren pruebas iniciales en un laboratorio EMC. Realizamos mediciones durante 1–2 días en condiciones controladas para analizar el tipo y nivel de las emisiones conducidas.

Simulación y análisis de corrientes de retorno

Además de las pruebas prácticas, simulamos los flujos de corriente. Modelamos el convertidor y el filtro para analizar las impedancias y la distribución de corrientes entre fase, neutro y tierra. Comparamos los resultados de las simulaciones con las pruebas reales, en un ciclo iterativo: prueba → simulación → modificación → prueba. Esto permite una eficiencia de hasta el 99 %.

Métodos prácticos para reducir emisiones conducidas

Aumentar la impedancia del convertidor DC/DC

Agregamos una pequeña impedancia adicional entre la tierra del circuito y la conexión a tierra del convertidor. Así, las corrientes parásitas (hasta 1 kHz) "circulan" dentro del circuito en lugar de volver a la fuente de alimentación. Esta solución reduce levemente la eficiencia, pero mejora significativamente la EMC.

Optimización de condensadores X/Y

Dentro de los límites de seguridad (por ejemplo, Y ≤ 4,7 nF), probamos diferentes valores de condensadores X e Y para lograr la mejor filtración. La clave es encontrar el equilibrio adecuado entre filtración, seguridad y funcionamiento del convertidor.

Implementación y pruebas

Realización de modificaciones

Tras la confirmación por simulaciones y pruebas preliminares, realizamos cambios en la PCB: añadir componentes para aumentar la impedancia, optimizar condensadores, ajustar las conexiones de tierra. Cada cambio se documenta y prueba directamente en el laboratorio EMC.

Pruebas finales y certificación (CE/FCC/UKCA)

Después de las pruebas preliminares exitosas, se realiza la certificación completa en un laboratorio EMC acreditado. Colaborar con el mismo laboratorio durante todo el desarrollo evita repeticiones y ahorra tiempo. Con las marcas CE, FCC y UKCA, el producto está listo para el mercado.

Resumen y recomendaciones

1. Identificar con precisión las fuentes de interferencia

Detectar las fuentes críticas (por ejemplo, convertidor DC/DC, rutas de retorno) es clave antes de modificar.

2. Probar temprano y con frecuencia

Las pruebas regulares en el mismo laboratorio aseguran resultados consistentes y aceleran la certificación.

3. Combinar simulación con mediciones reales

La combinación de teoría y práctica mejora el diagnóstico y la eficiencia de las soluciones (hasta 99 %).

4. Optimizar los filtros (condensadores X/Y)

Valores cercanos al límite permitido (por ejemplo, Y ≤ 4,7 nF) proporcionan la mejor filtración sin comprometer la seguridad.

5. Aumentar la impedancia del camino de retorno

Una impedancia adicional entre tierra y masa ayuda a mantener las corrientes parásitas dentro del circuito.

6. Colaborar con un laboratorio acreditado

Trabajar con un laboratorio certificado durante todo el desarrollo previene desviaciones y retrasos.

7. Trabajar con expertos en EMC

Una asociación a largo plazo con ingenieros y laboratorios EMC permite adaptaciones más rápidas y una optimización del diseño.

Siguiendo estas pautas, startups y fabricantes de cargadores VE pueden reducir significativamente el tiempo de certificación, los costes de rediseño y el tiempo de lanzamiento al mercado. La colaboración con expertos en EMC es clave para el éxito en el dinámico mundo de la electromovilidad.