Una de las protecciones de los routers industriales se conoce a menudo como “protección contra sobretensiones (EMC)”. Existen muchas causas que provocan una sobretensión. Una sobretensión es un pulso de pica con una elevada velocidad de subida y una duración breve. La sobretensión de la red eléctrica, la activación de los interruptores, las fuentes inversas, la electricidad estática, el ruido de los motores o de las fuentes de alimentación, etc., son factores que provocan sobretensiones. El protector contra sobretensiones ofrece un método de protección sencillo, económico y fiable para proteger los equipos electrónicos frente a las sobretensiones.
¿Qué es una sobretensión transitoria?
Los transitorios de sobretensión están provocados por sobretensiones causadas por transitorios de conmutación o por rayos. Los transitorios de conmutación pueden deberse a conmutaciones en la red eléctrica, a cambios de carga en la red de distribución o a diversas averías del sistema, como cortocircuitos. Los transitorios de rayo pueden ser el resultado de altas corrientes y tensiones inyectadas en los circuitos por descargas atmosféricas cercanas. La norma IEC 61000-4-5 define las formas de onda, los métodos de ensayo y los niveles de ensayo utilizados para evaluar la inmunidad frente a estas sobretensiones dañinas.
Estas formas de onda se asignan a la salida del generador de formas de onda en términos de tensión en circuito abierto y corriente de cortocircuito. Se describen dos formas de onda. La forma de onda combinada de 10/700 µs se utiliza para probar puertos destinados a conectarse a líneas de comunicaciones simétricas, como las líneas telefónicas conmutadas. En todos los demás casos, especialmente en conexiones de señal de corta distancia, se utiliza un generador de formas de onda combinadas de 1,2/50 µs. Para los puertos RS-485, se utiliza principalmente la forma de onda de 1,2/50 µs, que se analiza en esta sección. La impedancia de salida efectiva del generador de formas de onda es de 2 Ω. Por lo tanto, los transitorios de sobretensión conllevan corrientes elevadas.
El gráfico anterior muestra una forma de onda transitoria de sobretensión de 1,2/50 µs. Las ESD y las EFT tienen tiempos de subida, anchuras de pulso y niveles de energía similares. Sin embargo, el pulso de sobretensión tiene un tiempo de subida de 1,25 µs y una anchura de pulso de 50 µs. Además, la energía del pulso de sobretensión puede alcanzar casi 90 J, lo que supone entre tres y cuatro órdenes de magnitud más que la energía de los pulsos de ESD o EFT. Por lo tanto, los transitorios de sobretensión se consideran los transitorios de compatibilidad electromagnética (CEM) más graves. Debido a las similitudes entre las ESD y las EFT, el diseño de la protección de los circuitos puede ser similar, pero la sobretensión debe tratarse de forma diferente debido a su elevada energía. Este fue uno de los principales retos a la hora de desarrollar una protección que mejorara la inmunidad del puerto de datos frente a los tres transitorios, sin dejar de ser rentable.
Las resistencias acoplan los transitorios de sobretensión a las líneas de comunicación. El diagrama anterior muestra la red de acoplamiento de los dispositivos RS-485 semidúplex. La suma total en paralelo de las resistencias es de 40. En el caso de los dispositivos semidúplex, cada resistencia tiene un valor de 80.
Durante la prueba de sobretensión, se aplican cinco impulsos positivos y cinco impulsos negativos al puerto de datos, con un intervalo de tiempo máximo de un minuto entre cada impulso. La norma establece que, durante la prueba, los equipos deben estar configurados en condiciones normales de funcionamiento.
