Що робить конденсатор Y в SMPS?

Здається, що добре спроектована SMPS має конденсатор, що з'єднує заземлення первинної та вторинної сторін трансформатора, наприклад, тут конденсатор C13 . Яке призначення цього конденсатора?

Я дав собі зрозуміти, що це для придушення EMI, але який тип EMI він придушує, і як? Мені здається, це єдина нога відкритого ланцюга і, таким чином, повністю інертна, але явно я в цьому помиляюся.

Блоки живлення в комутованому режимі використовують те, що відоме як "зворотний перетворювач", щоб забезпечити перетворення напруги та гальванічну ізоляцію. Основним компонентом цього перетворювача є високочастотний трансформатор.

Практичні трансформатори мають деяку збиту ємність між первинною та вторинною обмотками. Ця ємність взаємодіє з роботою комутації перетворювача. Якщо між входом і виходом немає іншого з'єднання, це призведе до високої частоти напруги між виходом і входом.

Це дуже погано з точки зору ЕМС. Кабелі з силової цегли по суті виконують роль антени, що передає високу частоту, що генерується в процесі комутації.

Для придушення високочастотного загального режиму необхідно встановити конденсатори між вхідною та вихідною стороною джерела живлення з ємністю, значно більшою, ніж ємність у відкатному трансформаторі. Це ефективно укорочує високу частоту і запобігає її виходу з пристрою.

Під час проектування блоку 2 (незаземленого) блоку живлення у нас немає іншого вибору, як підключити ці конденсатори до входу "живий" та / або "нейтральний". Оскільки більша частина світу не застосовує полярність на незаземлених розетках, ми маємо припустити, що або обидва або "обидва" та "нейтральні" термінали можуть знаходитись при значущій напрузі щодо землі, і ми зазвичай закінчуємо симетричним дизайном, як "найменш поганий варіант". Ось чому, якщо ви вимірюєте вихід блоку живлення 2 класу по відношенню до електромережі з високим імпедансометром, зазвичай ви бачите близько половини напруги мережі.

Це означає, що для блоку живлення 2 класу ми маємо складний компроміс між безпекою та ЕМС. Збільшення конденсаторів збільшує ЕМС, але також призводить до вищого "струму дотику" (струм, який буде протікати через когось або щось, що торкнеться виходу блоку живлення та електромережі). Цей компроміс стає більш проблематичним, оскільки блок живлення стає більшим (і, отже, бродяча ємність в трансформаторі стає більшою).

На блоці живлення 1 класу ми можемо використовувати мережеву мережу як бар'єр між входом і виходом, або підключивши вихід до мережевої мережі (як це звичайно в блоках живлення настільних ПК), або використовуючи два конденсатори, один - від виходу до мережі. Земля та один від мережі Землі до входу (саме це робить більшість цегли живлення ноутбука). Це дозволяє уникнути проблеми струму на дотик, одночасно надаючи шлях високої частоти для управління ЕМС.

Відмова від коротких замикань цих конденсаторів була б дуже поганою. У першому класі ПЗ відмова конденсатора між електромережею та мережею мережі означатиме короткий заземлення (що еквівалентно відмові "базової" ізоляції). Це погано, але якщо система заземлення функціональна, вона не повинна бути головною прямою небезпекою для користувачів. У БП 2 класу вихід з ладу конденсатора набагато гірший, це означатиме пряму та серйозну небезпеку для безпеки для користувача (рівносильну несправності або "подвійній" або "посиленій" ізоляції). Для запобігання небезпеки для користувача конденсатори повинні бути розроблені таким чином, що несправність короткого замикання є малоймовірною.

Тож для цього використовуються спеціальні конденсатори. Ці конденсатори відомі як "конденсатори Y" (з іншого боку, X конденсатори використовуються між мережею живлення та мережею нейтралі). Існує два основні підтипи "конденсатор Y", "Y1" і "Y2" (Y1 є вищим номінальним типом). В основному конденсатори Y1 використовуються в обладнанні класу 2, тоді як конденсатори Y2 використовуються в обладнанні 1 класу.

Так чи означає, що конденсатор між первинною та вторинною сторонами SMPS означає, що вихід не є ізольованим? Я бачив лабораторні джерела, які можна підключити послідовно, щоб подвоїти напругу. Як вони це роблять, якщо це не ізольовано?

Деякі джерела живлення мають жорсткий зв’язок із землею. Очевидно, ви не можете взяти пару джерел живлення, які мають один і той же вихідний термінал, жорстко підключений до землі, і поставити їх послідовно.

Інші джерела живлення мають лише належне з'єднання від виходу або на вхід, або на мережу. Вони можуть бути підключені послідовно, оскільки конденсатори блокують постійний струм.

В моєму досвіді як електронний інженер, я виявив, що багато професійних джерел живлення класу II мають витік близько 80 В змінного струму на землю через наявність конденсатора Y. IEE дозволяє струм витоку <85uA для немедичного обладнання. Однак це може спричинити проблеми із звуковими схемами. Я бачив декілька випадків заземлення, коли ноутбук підключений до аудіопідсилювача або коли на сцені підключаються ефекти на сцені. Я особисто пережив легкий, але неприємний шок від мікрофона через витік із SMPS. Моїм початковим рішенням було зняти конденсатори Y та встановити заземлення, але я врешті створив власний лінійний блок живлення за допомогою тороїдалу. Що стосується "укладання"

Безпосередньо відповісти на питання ОП; використання нових конденсаторів, незважаючи на те, що раніше було встановлено стандартну інженерну практику, слід, мабуть, уникати у нових проектах. Впродовж останнього десятиліття або близько того з'явився новий технічний компроміс щодо використання конденсаторів Y, завдяки вимогам NEC (Національний електричний кодекс США) щодо використання вимикачів GFCI та AFCI. Ці вимикачі призначені для спрацьовування при загальному струмі заземлення 5 мА для всіх розетків змінного струму в контурі розгалуження. Очевидно, що дозволити 3,5 мА на пристрій I класу накопичується досить швидко для типового розважального центру для вітальні або комп'ютерної робочої станції. Хоча нинішні стандарти витоків дозволяють це робити, OEM-виробники отримують все більше і більше скарг споживачів на те, що їхній продукт "вимикає мій вимикач, я хочу це виправити"https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/grounding/chasing-ghost-trips-in-gfci-protected-circuits . Вимоги до НЕК зростають за останнє десятиліття, і багато штатів та міст лише зараз повністю його включають. Хоча пристрої класу II (немає третього заземлення на штепселі змінного струму) мають більш суворі характеристики витоку, вони є рішенням більшості дизайнерів, здається, рухається до; ці пристрої здатні відповідати специфікаціям EMI взагалі без конденсаторів Y.