SMPS'deki Y kapasitör ne işe yarıyor?


47

İyi tasarlanmış bir SMPS'nin, burada C13 kapasitör gibi, transformatörün birincil ve ikincil taraflarının toprak düzlemlerini bağlayan bir kapasitöre sahip olduğu görülmektedir . Bu kapasitörün amacı nedir?

Bunun EMI'nin bastırılması için olduğunu anladım, ancak nasıl bir EMI bastırıyor ve nasıl? Bana açık bir devrenin tek ayağı gibi görünüyor ve bu yüzden tamamen hareketsiz, ama açıkça bu konuda yanıldım.


4
Arada bir, aynı zamanda, toprağa yakın bir rölanti gerilimi elde etmek için var olduğunda, giriş toprağına 'yüksek' değer bir hava alma direnci ile bağlanmış izole edilmiş bir çıkış toprağı görür; harici şarj oluşturma.
KalleMP

Yanıtlar:


58

Anahtarlamalı mod güç kaynakları, voltaj dönüşümü ve galvanik izolasyon sağlamak için "geri dönüş dönüştürücü" olarak bilinen şeyi kullanır. Bu dönüştürücünün çekirdek bileşeni, yüksek frekanslı bir transformatördür.

Pratik transformatörler, birincil ve ikincil sargılar arasında bazı yetersiz kapasitanslara sahiptir. Bu kapasitans, dönüştürücünün anahtarlama işlemi ile etkileşime girer. Giriş ve çıkış arasında başka bir bağlantı yoksa, bu, çıkış ve giriş arasında yüksek frekans voltajına neden olur.

EMC açısından bakıldığında bu gerçekten kötü. Elektrikli tuğladan gelen kablolar artık esas olarak anahtarlama işlemi tarafından üretilen yüksek frekansı ileten bir anten görevi görüyor.

Yüksek frekansı bastırmak için ortak mod, geri besleme transformatöründeki kapasitanstan büyük ölçüde daha yüksek bir kapasitansa sahip güç kaynağının giriş ve çıkış tarafı arasına kondansatörler koymak için gereklidir. Bu, yüksek frekansı etkili bir şekilde durdurur ve cihazdan kaçmasını önler.

Sınıf 2 (topraklanmamış) PSU tasarlarken, bu kapasitörleri "canlı" ve / veya "nötr" girişine bağlamaktan başka seçeneğimiz yoktur. Dünyanın çoğu, topraklanmamış soketler üzerinde kutupsallığı zorlamadığından, "canlı" ve "nötr" terminallerden birinin veya her ikisinin de, dünyaya göre hassas bir voltajda olabileceğini varsaymak zorundayız ve genellikle şu şekilde simetrik bir tasarıma sahip olacağız. "en az kötü seçenek". Bu nedenle, yüksek empedanslı bir metre ile şebeke toprağına göre bir sınıf 2 PSU’nun çıkışını ölçerseniz, genellikle şebeke voltajının yaklaşık yarısını görürsünüz.

Bu, sınıf 2 PSU’da, EMC ile güvenlik arasında zorlu bir değişimin olduğu anlamına gelir. Kapasitörlerin daha büyük hale getirilmesi EMC'yi iyileştirir ancak aynı zamanda daha yüksek "dokunma akımı" (PSU'nun ve ana şebekenin çıkışına dokunacak birinden veya bir şeyden akacak olan akım) ile sonuçlanır. Bu tradeoff, PSU büyüdükçe daha problemli hale gelir (ve bu nedenle trafodaki başıboş kapasitans büyür).

Sınıf 1'de (topraklanmış) bir PSU’da, toprak topraklarını giriş ile çıkış arasında bir bariyer olarak kullanabiliriz; ya çıkışı toprak topraklarına bağlayarak (masaüstü PC PSU’larda yaygın olarak kullanılır) ya da iki adet kondansatör kullanarak, bir adet çıkıştan şebekeye topraklama ve elektrik şebekesinden girişe bir tane (dizüstü bilgisayar güç tuğlalarının çoğu budur). Bu, EMC'yi kontrol etmek için hala yüksek bir frekans yolu sağlarken, dokunma akımı sorununu da önler.

Bu kapasitörlerin kısa devre arızası çok kötü olurdu. Sınıf 1 PSU’da, ana güç kaynağı ile ana toprak arasındaki kapasitörün arızası, toprağa kısa devre anlamına gelir ("temel" yalıtımın başarısızlığına eşdeğer). Bu kötü bir şeydir ancak topraklama sistemi işlevselse, kullanıcılar için büyük bir doğrudan tehlike olmamalıdır. 2. Sınıf PSU'da, kapasitörün arızalanması çok daha kötüdür, bu kullanıcı için doğrudan ve ciddi bir güvenlik tehlikesi anlamına gelir (bir arızaya eşdeğer veya "çift" veya "güçlendirilmiş" izolasyon). Kullanıcıya gelebilecek tehlikeleri önlemek için, kondansatörlerin, kısa devre arızasının çok düşük olacağı şekilde tasarlanması gerekir.

Bu nedenle özel kapasitörler bu amaç için kullanılır. Bu kondansatörler "Y kondansatörleri" olarak bilinir (diğer yandan X kondansatörleri şebeke elektriği ile nötr şebekesi arasında kullanılır). "Y kapasitör", "Y1" ve "Y2" olmak üzere iki ana alt tip vardır (Y1 en yüksek puan alan tiptir). Genel olarak sınıf 2 ekipmanlarında Y1 kapasitörler, sınıf 1 ekipmanında Y2 kapasitörler kullanılır.


Öyleyse, SMPS'nin birincil ve ikincil tarafları arasındaki bu kapasitör, çıkışın izole olmadığı anlamına mı geliyor? Voltajı iki katına çıkarmak için seri bağlanabilir laboratuvar malzemeleri gördüm. İzole değilse nasıl yaparlar?

Bazı güç kaynaklarının çıkışları toprağa sıkı bir şekilde bağlıdır. Açıkçası, aynı çıkış terminalini toprağa bağlanmış ve seri hale getirmiş bir çift güç kaynağını alamazsınız.

Diğer güç kaynakları, yalnızca çıkıştan girişe veya ana toprağa kadar kapasitif bağlantıya sahiptir. Bunlar, kapasitörler DC'yi bloke ettiğinden seri bağlanabilir.


2
Öyleyse, SMPS'nin birincil ve ikincil tarafları arasındaki bu kapasitör çıktının izole olmadığı anlamına mı geliyor? Voltajı iki katına çıkarmak için seri bağlanabilir laboratuvar malzemeleri gördüm. İzole değilse nasıl yaparlar?
Eyal,

2
@Eyal Güvenlik kurumlarını tatmin edecek kadar tecrit edilmişlerdir. Tüm amaç ve amaçlar için, Y kapaklarının neden olacağı ~ 100 uA sızıntısı ihmal edilebilir ve bu nedenle izole edilmiştir. İstisnalar var. Tıbbi cihazlar, bazı ölçüm cihazları, telsiz cihazları ve cep telefonu şarj cihazları (telefona bağlı olarak).
winny

@winny Laboratuar kullanımı için, potansiyelini iki katına çıkarmak için ikisini üst üste koyabilirim ve kısa devre olmaz mı?
Eyal

1
@Eyal Bu doğru ve nasıl yaparım. Çok fazla yığarsanız ve çok uzun süre çalıştırırsanız, transformatördeki izolasyonu en yüksek DC potansiyeline göre bozabilirsiniz. Y-kapakları olsa iki kaçak dışında iki tanesi sıfır problem olmalı.
winny

2. sınıf PSU'larla ilgili olarak: "genellikle simetrik bir tasarımla sonuçlanırız". Tam olarak ne demek istiyorsun? Biri ikincil "nötr" ve diğeri ikincil "canlı" olan iki Y-Caps kullanarak mı?
Rev1.0

4

Elektronik mühendisi olarak tecrübelerime göre, Y kondansatörünün varlığından dolayı oldukça fazla sayıda profesyonel sınıf II güç kaynağının toprağa yaklaşık 80v AC kaçağı olduğunu gördüm. IEE, tıbbi olmayan ekipman için <85uA kaçak akıma izin verir. Bununla birlikte, ses devrelerinde sorunlara neden olabilir. Bir dizüstü bilgisayar bir ses amplifikatörüne bağlandığında veya sahne içi efektler bir PA'ya bağlandığında, birkaç toprak köprüsü örneği gördüm. Ben şahsen bir SMPS'den sızıntı nedeniyle mikrofondan hafif ama rahatsız edici bir şok geçirdim. İlk çözümüm Y kapasitörlerini çıkarmak ve bir toprak bağlantısına uymaktı, ancak sonunda bir toroidal kullanarak kendi doğrusal PSU'larımı kurdum. "İstifleme" ye kadar


3
Bu, Y kapasitörünün sorunlarını hafifletmenin iyi bir açıklamasıdır, ancak bunun nedenini açıklamamaktadır. Açıkçası topraklanmış daha iyi izole edilmiş bir PSU yapmak, Y kapasitörüne olan ihtiyacı azaltır ancak ilk başta bunun resmi nedeninin ne olduğunu bilmek güzel olurdu.
KalleMP

4

OP'nin sorusunu doğrudan cevaplamak için; Y kapasitörlerinin, geçmişte standart mühendislik uygulamalarına uyurken, yeni tasarımlarda kullanılması kesinlikle mümkün olmamalıdır. GFCI ve AFCI devre kesicilerin kullanımına ilişkin NEC (ABD Ulusal Elektrik Kodu) gereklilikleri nedeniyle, Y kapasitörlerinin kullanımı için yeni bir mühendislik değişikliği son on yıl içinde ortaya çıkmıştır. Bu kesiciler, bir dal devresindeki tüm AC çıkışları için toplam 5 mA toprak akımında açılmak üzere tasarlanmıştır. Açıkçası, derslik başına 3,5 mA izin vermek, tipik bir oturma odası eğlence merkezi veya bilgisayar iş istasyonu için oldukça hızlı bir şekilde toplanır. Mevcut sızıntı standartları buna izin verirken, OEM'ler gittikçe daha fazla tüketici şikayeti alıyorlar.https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/grounding/chasing-ghost-trips-in-gfci-protected-circuits . NEC gereklilikleri son on yılda artmaktadır ve birçok eyalet ve şehir ancak şu anda tam anlamıyla birleşmektedir. Sınıf II cihazlar (AC fişinde üçüncü bir topraklama pimi yok) daha sert sızıntı özelliklerine sahip olsa da, çoğu tasarımcı doğru ilerliyor gibi görünüyor; Bu cihazlar EMI özelliklerine hiç Y kapasitörsüz sahip olabilirler.


EE.SE’ye Hoşgeldiniz. >Blockquote için kullanın . Kod biçimlendirmesini zorlamak için satırın başında dört boşluk kullanın. Paragraf kesmeleri için 2 x <Enter> kullanın. Editör araç çubuğunda oldukça iyi yerleşik yardım var.
Transistör

1
Y kapasitörleri olmadan EMI ile nasıl tanışırsınız?
Ağustos’ta
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.