Yalıtım kasalı ve galvanik ayırmalı bir güç kaynağı ünitesinin neden topraklı bir güç kablosuna ihtiyacı vardır?

Son zamanlarda, plastik kutuda normal bir anahtarlamalı güç tuğlasına (50 watt'tan fazla güç için oldukça küçük ve hafif) benzeyen ancak arasında üç telli bir kabloya (faz + nötr + toprak) sahip harici bir IBM laptor güç kaynağına tanık oldum. kendisi ve şebeke.

Plastik bir kasa anahtarlamalı mod kaynağı ile kullanılan üç telli bir kablo görmek oldukça nadirdir. Genellikle kasa metaldir ve kablo üç telli veya plastik ve kablo iki telli ise.

Anahtarlamalı güç kaynaklarının galvanik ayrımı var gibi görünüyor . Ayrıca ünitenin yalıtımlı plastik kasası vardı, bu nedenle herhangi bir kısa devre olması durumunda, bir şebeke faz telinin kasanın dış yüzeyine voltaj indüklemesi imkansızdır.

Yalıtımlı plastik kasalı anahtarlamalı güç kaynağında topraklanmış bir kablonun nedeni nedir?

Aşağıda AC / DC güç kaynağı EMI filtresinin tipik bir şeması bulunmaktadır.

X-kapasitörlerinin (hat ile nötr arasında) artı ortak mod indüktörünün kaçak endüktansının diferansiyel gürültü reddi verdiğini ve Y-kondansatörleriyle kombine edilen CM jikle endüktansının ortak mod gürültü reddini verdiğini görebilirsiniz.

Çıktı dönüşü doğrudan toprağa bağlıysa şaşırmam.

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

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

EMC açısından bu gerçekten kötü. Güç tuğlasından gelen kablolar artık esasen anahtarlama işleminin ürettiği yüksek frekansı ileten bir anten görevi görmektedir.

Yüksek frekansı bastırmak için ortak mod, geri beslemeli transformatördeki kapasitanstan önemli ölçüde daha yüksek bir kapasitans ile güç kaynağının giriş ve çıkış tarafı arasına kapasitörler koymak için gereklidir. Bu, yüksek frekansı etkili bir şekilde kısaltır ve cihazdan kaçmasını önler.

Bir sınıf 2 (topraklanmamış) PSU tasarlarken, bu kapasitörleri "canlı" ve / veya "nötr" girişine bağlamaktan başka seçeneğimiz yoktur. Dünyanın çoğu topraklanmamış soketlerde polariteyi zorlamadığından, "canlı" ve "nötr" terminallerin herhangi birinin veya her ikisinin dünyaya göre sinematik bir voltajda olabileceğini varsaymalıyız ve genellikle simetrik bir tasarımla sonuçlanırız. "en az kötü seçenek". Bu nedenle, sınıf 2 PSU'nun çıkışını, yüksek empedans ölçer ile ana toprağa göre ölçerseniz, genellikle şebeke voltajının yaklaşık yarısını görürsünüz.

Bu, sınıf 2 PSU'da güvenlik ve EMC arasında zor bir dengeye sahip olduğumuz anlamına gelir. Kondansatörleri büyütmek EMC'yi iyileştirir, fakat aynı zamanda daha yüksek "temas akımı" (PSU ve ana toprak çıkışına dokunan birisi veya bir şeyden akacak akım) ile sonuçlanır. PSU büyüdükçe (ve dolayısıyla transformatördeki başıboş kapasitans büyüdükçe) bu dengesizlik daha sorunlu hale gelir.

Sınıf 1 (topraklanmış) PSU'da, ana şebekeyi, çıkışı ana şebekeye bağlayarak (masaüstü PSU'larda yaygın olan) veya biri çıkıştan ana şebekeye olmak üzere iki kapasitör kullanarak giriş ve çıkış arasında bir bariyer olarak kullanabiliriz ve ana topraktan girişe (bir çok dizüstü bilgisayar güç tuğlası budur). Bu, EMC'yi kontrol etmek için yüksek frekanslı bir yol sağlarken, dokunma akımı problemini önler.

Öyleyse neden bugün kullanılmayan büyük saygın satıcıların sınıf PSU'ları dizüstü bilgisayar PSU'ları? (ve ucuz bok genellikle hala değil) emin değilim ama bir kombinasyonu bekliyoruz.

1. Yasal sınırların altındaki dokunma akımları bile sorunlu olabilir. Bazı insanlar elektriğe alışılmadık derecede duyarlıdır ve yasal sınırın altındaki akımları hissedebilir. Bazı elektronik parçalar, çalışırken takma sırasında yasal dokunma akımı sınırının altındaki akımlardan da zarar görebilir.
2. EMC düzenlemeleri yıllar içinde daha da sıkılaştı.

Şematik olmadan söylemek zor. Ancak, topraklama kablosu büyük olasılıkla EMI filtresi tarafından kullanılır. Büyük olasılıkla, devrenin geri kalanına gitmeden önce güç girişinde bir balun (ortak mod bobini) vardır. Bu, ortak mod sinyallerinin empedansını artıracaktır, ancak bu kendi başına bir tür yük olmadan onları zayıflatmayacaktır. Bu yük, balunun dış tarafındaki iki güç kablosunun her birine topraklanacak bir kapasitör olacaktır.

Modern bir güç paketinin düşük voltaj çıkışına dokunurken hiç bir "kıstırma" yaşadınız mı?
Bu can sıkıcı ve potansiyel olarak ekipmanı yok ediyor.
Bunun nedeni, soruda açıklanan sistemin uygulanmış ancak düzgün kullanılmamış olması,

Madmanguram'ın şeması ve yorumu not edilmelidir.

Madmanguram mükemmel bir örnek oluşturdu.
Yorum yeniden çıkış dönüşünün de topraklandığına dikkat edin. Bu IS bazen yapılır ve topraklama kablosu topraklanmadığında tamamen bir felakettir, örneğin 2 telli bir kablo kullanılır.

Yerel topraklama = kapasitör merkez musluğu gerçek topraklama ile yarı şebekede. yani 230VAC sisteminde yaklaşık 115 V. Tedarik edilen ekipmanın tamamı yerden yarım ana şebekede yüzer. İki kapak tipik olarak 0.001 uF'dir, bu nedenle empedans paralel olarak 2 kapaktan itibaren geçerlidir.
Z ~ = 2 / (2.Pi.fc) veya yaklaşık 10 ila 20 uA kaçak akım veren yaklaşık 5 megohm. Bu kulağa pek hoş gelmiyor, ancak Vout'a dokunduğunuzda, vücut seviyesi topraklanmışken - voltaj seviyesi nedeniyle - parmaklarda vb. Can sıkıcı "ısırıklar" üretir ve mutlulukla şeyleri havaya uçurmak için yeterli enerjiye sahip olmak için başıboş kapasitansı şarj eder - bu kesinlikle olur.

Çözüm topraklama kablosunu topraklamaktır.

En kötüsü, üreticilerin negatif çıkış yapmak için merkez musluğu bağlaması ve daha sonra bir toprak iletkeni kullanmaya izin vermemesi. Yarım şebeke yüzen ekipman alırsınız ve düzeltmenin kolay bir yolu yoktur. Güç kablosunun dışında bir toprak bağlantısı çalıştırılması veya kullanılması gereken kötü bir sonuç.

Evet, güç adaptörü tamamen izole edilmiştir, ancak güç beslemesini sağlayan aygıt açıkta, arıza durumunda tehlikeli voltaj taşıyabilen iletken parçalara sahip olabilir. Veya, normal kaçak akımlar nedeniyle düşük ancak can sıkıcı bir voltaj taşıyabilir. Galvanik izolasyon kapasitif kaçak akımlardan tamamen kaçınamaz.

(Aslında, sarımlar arasında topraklanmış bir ekranla, örneğin cerrahi cihazlar için olabilir, ancak açıkçası bunun toprak kablosuna ihtiyacı vardır.)

Diğer cevapların anahtarlamalı mod güç adaptörünün iç işleyişine neden bu kadar dikkat ettiğini anlamıyorum. Açıkçası, her tasarım galvanik izolasyona sahiptir. Daha önce, 50 Hz (ABD: 60 Hz) iki sargılı bir transformatör. Günümüzde transformatör çok daha yüksek bir frekansta çalışmaktadır ve buna göre daha küçük ve bağlıdır, ancak mesele bu değildir.

Toprak hattının sadece isteğe bağlı bir şey olduğunu unutmayın. Sadece topraklı bir duvar prizi kullanıldığında iyi olur. Topraklanmamış bir duvar prizinde hiçbir şey yapmaz. Topraklanmamış duvar prizleri, yalnızca beton zemin yerine ahşap zeminli bir oturma odası gibi canlı gerilime dokunduğunuzda anında öldürülmeyeceğiniz yerlerde kullanılmalıdır. Ama bugünlerde neredeyse her yerde topraklanmış prizler görüyorum.

Çıkış topraklamasının cihazınızdaki rahatsız edici küçük voltajı tamamen ortadan kaldırmayabileceğini de unutmayın. Bu toprak, güvenlik için, elektrik kesilmeden önce sigortayı atmak için tasarlanmıştır, ancak sıfır volt garanti etmek için değildir. Topraklama kablosu direnci ve ayrıca endüktans yine de önemli olabilir. Örneğin, 17 inç CRT monitörlerde VGA kablosunu kullanırken, muhtemelen tüpün dahili 10.000 voltundan gelen kapasitif sızıntı nedeniyle, topraklı bir prizde bile 'gıdıklama' voltajları yaşadım. (17 inç? Bu monitörler çok büyük, pahalı ve ağırdı. Şimdi ucuz hafif 23 inç, 27 inç, UHD, ....)