| Los
ruidos eléctricos de modo común y modo normal |
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1.
Ruidos de modo común y modo normal
2. Como afecta el ruido
a una fuente de una computadora
3. Una fuente de switching sometida a un ruido de modo normal
4. Una fuente de switching sometida a
un ruido de modo común
5. Soluciones posibles al ruido de modo
común
6. Posibles soluciones a los problemas de ruido común
1. Ruidos de modo común y modo normal
En un sistema simple de distribución de energía, hay
normalmente tres conductores conectando la computadora al enchufe en la
pared. Hay un cable activo ó "vivo", un cable de neutro, y un cable de
tierra. La potencia es entregada a la carga usando los cables de vivo
y neutro. El cable de tierra tiene un propósito de seguridad.
En el contexto de las fuentes de alimentación, "ruido" es cualquier impulso de tensión indeseable que pueda aparecer a su salida. El ruido a la salida es causado por ruido en los tres cables de entrada, y puede aparecer tanto como "ruido normal" ó como "ruido común". La Figura 1 ilustra como aparecen los ruidos de modo común y modo normal en la línea de potencia.
El ruido de modo común está presente tanto en el
conductor de vivo como de neutro, y es medido con respecto a tierra.
(El término común se refiere al hecho de que un ruido idéntico aparece
en el conductor de vivo y neutro.) El ruido de modo común puede ser
causado por descargas atmosféricas, la operación de interruptores, ó
una mala conexión de tierra.
El uso de protectores de picos de sobretensión también puede crear ruidos
de modo común, ya que la energía del ruido en modo normal es derivada
dentro del conductor de neutro.
Los ruidos que pueden ser medidos entre el vivo y el neutro, son llamados
ruidos de modo normal ó ruidos de modo diferencial o transversal. La
mayoría de los ruidos de modo normal son producto del encendido ó apagado
de grandes cargas, fundamentalmente grandes motores ó capacitores de
corrección de factor de potencia.
Para que un ruido de línea pueda dañar el hardware
de una computadora, ó interferir con el procesamiento de los datos, deberá
existir dentro de la computadora un camino para disipar el impulso de
energía del ruido. Virtualmente todas las computadoras modernas están
alimentadas por una fuente de tipo switching. Las fuentes de switching,
por características de diseño proveen un camino para disipar la energía
del impulso (ruido), haciendo que las computadoras sean susceptibles de
daños. Un diagrama en general, mostrando los bloques principales de una
fuente de switching se muestra en la Figura 2.
El ruido de modo normal tiende a disipar su energía a través de cualquier camino desde el vivo hacia el neutro. Si el ruido de modo normal tiene suficiente tensión (ó energía) puede ocurrir un daño, primero a la fuente de alimentación y luego a los circuitos de la computadora. Las junturas de los diodos rectificadores pueden dañarse debido a una tensión inversa excesiva. El capacitor puede degradarse si el ruido está en polaridad inversa ó excede los límites de operación. La aislación del transformador puede dañarse si la tensión pico del ruido es demasiado elevado.
Sin
embargo, componentes como diodos rectificadores, capacitores de filtro,
y el transformador, requieren grandes cantidades de energía para ser dañados.
Por lo tanto, el ruido de modo normal no es una gran amenaza para la computadora,
ya que es mucho más frecuente que se dañe la fuente de alimentación antes
que le ocurra un daño al hardware de la PC.
No obstante, es posible que un ruido de modo normal dañe el hardware de
la computadora.
El ruido de modo común significa una amenaza mucho
mayor, ya que el ruido tiende a disipar su energía desde el vivo a tierra,
ó desde el neutro a tierra. Para que ocurra un daño debe existir un
camino para que circule la corriente, y en una fuente de switching hay
dos lugares posibles.
El ruido de modo común puede ser acoplado a través del trasformador
de alta frecuencia, y por vías que tienen capacidades parásitas ó perdidas
capacitivas. En primer lugar, como el ruido de modo común generalmente
consiste de impulsos de alta frecuencia, hay una gran probabilidad que
el ruido vea al transformador de alta frecuencia como un capacitor de
acople y pase a través de él sin obstrucciones. En segundo lugar, las
capacidades parásitas, producto de su pequeño tamaño físico y su mayor
densidad de componentes comparado con otro tipo de fuentes, proveen
muchos caminos alternativos.
Si el ruido de modo común no encuentra un camino a través de la fuente,
la tensión del ruido podría aparecer entre la tierra lógica (referencia
común) y los pines de la fuente de alimentación de la computadora. Si
la tensión del ruido excede la especificación máxima de tensión de un
semiconductor, la energía del ruido pasará a través de la lógica del
hardware a tierra, disipando su energía en ese camino. El resultado
es una reducción de la confiabilidad, interferencia con los datos procesados,
y posibilidad de daño permanente. Los semiconductores de los circuitos
integrados operan con unos pocos voltios, y solamente pueden tolerar corrientes
de unas pocas milésimas de amperios. Por lo tanto, la magnitud del ruido
de modo común no necesita ser demasiado alto para causar daño.
Existen protectores y supresores de picos para atenuar
los problemas causados por el ruido común. Estos componentes son conectados
entre los conductores de vivo y neutro en el tomacorriente de salida de
algunos equipos como estabilizadores y UPS. La mayoría de los supresores
de picos contienen un elemento llamado varistor (MOV, por su denominación
en inglés, metal oxide varistor). Un varistor es un componente cuya resistencia
interna depende de la tensión aplicada entre sus terminales. Una alta
tensión que aparezca a través de un varistror será limitada a un valor
específico, y la corriente resultante será derivada por el varistor impidiendo
que circule por los sensibles circuitos electrónicos del equipo de computación.
Ver Figura 3. La corriente es disipada en el varistor en forma de calor.
Los supresores de picos pueden crear sin embargo
un problema adicional tal como se lo ilustra en la Figura 3. La corriente
que se deriva a través del conductor de neutro puede crear un ruido
de modo común. La tensión de pico del ruido común depende de la impedancia
de los cables, de la magnitud de la corriente original y de la capacidad
de disipación del supresor de picos.
El supresor de picos representado en la Figura 3 está
en su forma más simple. Existen también en el mercado, supresores mucho
más complejos, de naturaleza híbrida, que derivan la corriente de ruidos
en una forma similar. Estos supresores híbridos incorporan componentes
como inductores, capacitores, etc. En algunas configuraciones los varistores
y filtros también están presentes entre los conductores de neutro y
tierra para reducir los problemas de ruido común creados por la acción
del varistor en modo normal.
Los ruidos de modo común representan una amenaza mayor que los ruidos de modo normal debido al diferente camino utilizado para disipar su energía. Un ruido de modo común puede ser potencialmente peligroso teniendo una magnitud mucho menor que un ruido de modo normal.
Afortunadamente
hay productos disponibles para eliminar los ruidos de modo común. La mejor
manera de eliminar los ruidos de línea, tanto de modo común como normal,
es el uso de una UPS On Line.
Como una UPS On Line utiliza la tecnología de doble conversión, la salida
de la UPS estará aislada de cualquier ruido que pueda aparecer en la entrada.
Un transformador puede ser también una forma efectiva de reducir ó eliminar los ruidos de modo común. En la Figura 4 se ilustra un ejemplo. El transformador filtra naturalmente los ruidos de modo común, y la pantalla electrostática entre los bobinados filtra los ruidos de alta frecuencia en modo normal. Las desventajas de un transformador son su peso, tamaño y costo, siendo además innecesario si se utiliza una UPS On Line de doble conversión.
En general, un transformador de aislación con pantalla electrostática podrá exhibir un factor de atenuación de aproximadamente -60dB, lo cual significa una relación de 1000 a 1. Esto significa que un impulso de 1000 voltios a la entrada, aparecerá como un pulso de sólo un voltio a la salida.
En
el contexto de las protecciones a los equipos de computación, una UPS
tiene una ventaja distintiva con respecto a otras soluciones, simplemente
por el hecho de que ella puede seguir alimentando el equipo ante un corte
de energía.
Todas las configuraciones de UPS también incorporan protectores de picos
transitorios, y algunas de ellas, acondicionadores de línea (estabilizadores),
y por lo tanto no es necesaria una protección adicional para los equipos.
Más específicamente, una UPS On Line será el método más efectivo de protección
ya que la potencia a la carga está siendo acondicionada permanentemente.