Problemas de EMC/EMI y seguridad de EMF en la transferencia de energía inalámbrica de campo cercano

Los sistemas WPT produce interferencia electromagnética EMI, los cuales con sus emisiones radiadas y conducidas pueden afectar los dispositivos cercanos.

el ruido de modo común es la principal fuente de problemas de EM.

Causas

el rectificador del receptor es la mayor fuente de armónicos.

Soluciones

Mitigar en cierta medida este problema con La construcción simétrica y perfectamente diferencial de transmisores y receptores puede 

Las discontinuidades provocadas por las transiciones bruscas en el rectificador se acoplan directamente a las bobinas, que las emiten en forma de ruido de alta frecuencia.

Para minimizar los armónicos, se pueden utilizar filtros de armónicos de paso de banda/muesca con los rectificadores. 

Estandarizacion

No hay estandarizacion definida para WPT, se debera consultar con Los principales organismos internacionales de normalización son ITU-R (Unión Internacional de Telecomunicaciones-Sector de Radiocomunicaciones), IEC (Comisión Electrotécnica Internacional), CISPR (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques), ETSI (Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones), CEPT (Europa Conferencia de Administraciones Postales y de Telecomunicaciones), FCC ( Comisión Federal de Comunicaciones: Parte 15 y Parte 18) y algunos otros organismos nacionales.

Pérdida de sensibilidad causada por el ruido en banda y el apantallamiento en los teléfonos inteligentes

El ruido EMI producido por el sistema debe reducirse en las antenas para mantener una relación señal-ruido adecuada. Cualquier blindaje cerca de las antenas puede provocar una degradación de la sensibilidad (de-sense). A bajas frecuencias (cerca de 110 a 205 kHz), las ferritas utilizadas como escudos reducen la sensibilidad del receptor en aproximadamente 12 dB [139]

as antenas de 6,78 MHz provocan una reducción de sensibilidad de sólo 2 dB. [1]

Estándares de seguridad EMF

Las corrientes en las bobinas WPT producen importantes campos magnéticos (campo H), campos

eléctricos (campo E) y campos electromagnéticos (EMF) en el medio ambiente que pueden inducir efectos adversos

para la salud en el cuerpo humano

normas internacionales existentes para la seguridad frente a la exposición a los EMF son:

1. Directrices de la Comisión Internacional de Protección contra Radiación No Ionizante (ICNIRP) para limitar la exposición a campos electromagnéticos variables en el tiempo, campos electromagnéticos y campos H (hasta 300 GHz) [140]. 

2. Estándar IEEE para niveles de seguridad con respecto a la exposición humana a campos electromagnéticos de radiofrecuencia (3 kHz a 300 GHz) [141].

Niveles de referencia de ICNIRP para limitar la exposición a campos E, campos H y campos electromagnéticos variables en el tiempo. (Reimpreso con autorización de Ref. [142], 2014, IEEE)

Estándar IEEE para niveles de seguridad con respecto a la exposición humana a campos electromagnéticos de radiofrecuencia (3 kHz a 300 GHz) (Reimpreso con autorización de la Ref. [141], 2006, IEEE).

SAR

La tasa de absorción específica SAR es proporcional al cuadrado del campo electromagnético en los tejidos humanos

y depende de lo siguiente:

1. Frecuencia, intensidad y polarización del campo electromagnético.

2. Tipo de fuente del campo electromagnético (campo cercano o campo lejano).

3. Tamaño, geometría interna y externa de la parte del cuerpo expuesta y propiedades dieléctricas

de varios tejidos.

4. Efectos de reflexión del campo de los objetos en las proximidades del cuerpo expuesto

[143] presenta la absorción de energía en el cuerpo humano

basándose en los rangos de frecuencia que se muestran a continuación:

1. Entre 100 kHz y 20 MHz: con una frecuencia decreciente, la absorción se reduce rápidamente

en el tronco, y puede ocurrir una absorción significativa en el cuello y las piernas.

2. Entre 20 kHz y 300 MHz: la absorción en todo el cuerpo es alta, y si se consideran resonancias

parciales, entonces es aún mayor.

3. Entre 300 MHz y 10 GHz: ocurre una absorción local no uniforme significativa.

4. Por encima de 10 GHz: la absorción ocurre principalmente en la superficie del cuerpo.

Pautas de exposición para regular el SAR en el cuerpo humano.

Investigacion actual

Los límites de exposición a los CEM en humanos debido a la energía inalámbrica se evaluaron  [144].

Bibliografia

[1] A. Laha, A. Kalathy, M. Pahlevani, and P. Jain, “A Comprehensive Review on Wireless Power Transfer Systems for Charging Portable Electronics,” Eng, vol. 4, no. 2. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), pp. 1023–1057, Jun. 01, 2023. doi: 10.3390/eng4020061.

[139] Jeong, N.S.; Carobolante, F. Wireless Charging of a Metal-Body Device. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2017, 65, 1077–1086 http://dx.doi.org/10.1109/TMTT.2017.2673820

[141] IEEE Std C95.1-2005; IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300 GHz; Revision of IEEE Std C95.1-1991. IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2006; pp. 1–238. http://dx.doi.org/10.1109/IEEESTD.2006.99501

[142] Bilbao, S.D.M.; Roldán, J.; García, J.; Ramos, V.; Fernández, J.; Suárez, Ó.J. Assessment of exposure from Wi-Fi devices. In Proceedings of the 2014 IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications (MeMeA), Lisboa, Portugal, 11–12 June 2014; pp. 1–4. https://ieeexplore.ieee.org/document/6860147/

[143] Durney, C.H.; Massoudi, H.; Iskander, M.F. Radiofrequency Radiation Dosimetry Handbook, 4th ed.; Report No. TR-85-73; USAF School of Aerospace Medicine: San Antonio, TX, USA, 1986.

[144] Christ, A.; Douglas, M.G.; Roman, J.M.; Cooper, E.B.; Sample, A.P.; Waters, B.H.; Smith, J.R.; Kuster, N. Evaluation of Wireless Resonant Power Transfer Systems with Human Electromagnetic Exposure Limits. IEEE Trans. Electromagn. Compat. 2013, 55, 265–274 http://dx.doi.org/10.1109/TEMC.2012.2219870