Nov 102015
 

UPS – Ruidos eléctricos – Modo común y Modo normal

Los ruidos de la línea de energía eléctrica que ingresan a la fuente de alimentación de una computadora, pueden causar graves problemas en el hardware o software del equipo. Normalmente, una UPS está considerada como la mejor solución para prevenir éste tipo de problemas.

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 “”, 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.

UPS, ruido en modo común y en modo normal - Electrónica Unicrom

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 inverso.

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.

Como afecta el ruido a una fuente de computadora

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.

Ruido en Fuente de computadora. Ruido modo normal y modo común - Electrónica Unicrom

Una fuente de switching sometida a un ruido de modo normal.

El ruido de modo normal tiende a disipar su energía a través de cualquier camino desde el 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. El aislamiento 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.

Una fuente de switching sometida a un ruido de modo común.

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 amperes. Por lo tanto, la magnitud del ruido de modo común no necesita ser demasiado alto para causar daño.

Ruido en una computadora Soluciones posibles al ruido de modo común

Existen protectores y supresores de picos para atenuar los problemas causados por el ruido común. Estos componentes son conectados entre los conductores de 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 varistor 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.

UPS - Soluciones posibles a ruido modo común - Electrónica Unicrom

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 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.

Ruido de entrada en modo común y su posible solución - Electrónica Unicrom

En todos los transformadores, existe una capacidad entre los bobinados. Es mediante éste camino de la capacidad entre bobinados que los ruidos de alta frecuencia pueden acoplarse al bobinado secundario. Sin embargo, cuando se utiliza una pantalla electrostática conectada a tierra para separar el bobinado primario del secundario, la capacidad entre los mismos queda reducida de forma significativa. Esto incrementa la impedancia (resistencia) de ésta vía de acoplamiento, y por lo tanto reduce notablemente la cantidad de energía de alta frecuencia que se puede manifestar en el bobinado secundario.

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 volts a la entrada, aparecerá como un pulso de sólo un volt 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 (reguladores), 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.

http://unicrom.com/Tut_UPS-ruidos-modo-comun-modo-normal.asp

http://unicrom.com/Tut_UPS_ruido_fuente_computadora.asp

http://unicrom.com/Tut_UPS_soluciones_ruido_modo_comun.asp

http://unicrom.com/Tut_UPS_soluciones_problema_ruido_comun.asp

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