Чому для блоку живлення з ізоляційним корпусом та гальванічним розділенням потрібен заземлений шнур живлення?

Нещодавно я був свідком зовнішнього джерела живлення IBM-лаптору, який був схожий на звичайну цеглу з переключеним режимом (досить невеликий і легкий для неї потужністю понад 50 Вт) у пластиковому корпусі, але мав трижильний кабель (фаза + нейтраль + земля) між себе та електромережу.

Бачити трижильний кабель, який використовується для живлення з переключеним пластиковим корпусом, досить рідко. Зазвичай або корпус виконаний з металу, а кабель - з трьома проводами, або корпус із пластику, а кабель - з двома проводами.

Схоже, джерела живлення з переключеним режимом мають гальванічне розділення . Також прилад мав ізоляційний пластиковий корпус, тому неможливо, щоб провід живлення фази підводив напругу на зовнішню поверхню корпусу, якщо б там не було короткого типу.

У чому причина заземленого кабелю в переключеному режимі живлення з ізольованим пластиковим корпусом?

Нижче наводиться типова схема фільтра EMI живлення змінного та постійного струму.

Ви можете бачити, що X-конденсатори (між лінією та нейтраллю) плюс індуктивність витоку індуктора загального режиму дають диференційоване відхилення шуму, а індуктивність ЧМ в поєднанні з Y-конденсаторами дає відхилення шуму загального режиму.

Я також не був би здивований, якщо вихідна віддача безпосередньо підключена до землі.

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 частотного режиму високої частоти не потрібно розміщувати конденсатори між вхідною та вихідною сторонами блоку 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 під сильною напругою відносно землі, і ми зазвичай закінчуємо симетричним дизайном, як "найменш поганий варіант". Ось чому, якщо ви вимірюєте вихід блоку живлення 2 класу відносно мережі електромережі з високим опором, то 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" (струму, який буде протікати через когось або щось, що торкається виходу блоку живлення та електромережі). Цей компроміс стає більш проблематичним, оскільки блок живлення стає більшим (і, отже, бродяча ємність в трансформаторі стає більшою).

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

То чому ж сьогодні ноутбуки живлення від великих авторитетних виробників класу 1, коли вони раніше не були? (а коли дешевого лайна часто все ще немає), я точно не знаю, але, мабуть, це поєднання.

1. Навіть торкатися струмів нижче законних меж може бути проблематично. Деякі люди незвично чутливі до електроенергії та можуть відчувати струми нижче встановленого законодавства. Деякі електроніки також можуть бути пошкоджені струмами, що не перевищують законний межа струму дотику під час гарячого підключення.
2. Положення ЕМС стали жорсткішими з роками.

Без схеми важко сказати. Однак заземлений відвід, швидше за все, використовується фільтром EMI. Швидше за все, на вході живлення є балун (загальний дросель), перш ніж він перейде до решти ланцюга. Це підвищить імпеданс загальних режимів сигналів, але сам по собі їх не ослабить без навантаження. Це навантаження буде конденсатором для заземлення кожного з двох силових проводів на зовнішній стороні балуна.

Чи доводилося вам коли-небудь "зачіпати", коли торкалися виходу низької напруги сучасного блоку живлення?
Це дратує і потенційно може знищити обладнання.
Причина полягає в тому, що система, описана у питанні, була впроваджена, але неправильно використовується,

Слід зазначити діаграму та коментар Мадмангурама.

Мадмангурам дав чудову ілюстрацію.
Зверніть увагу, що повернення виходу коментаря також обґрунтоване. Іноді це робиться, і, коли це є, це повністю катастрофа, коли заземлюючий кабель не заземлений, наприклад, використовується двопровідний кабель.

Місцевий заземлення = центральний конденсаторний кран зараз знаходиться на половині мережі wrt істинної землі. тобто близько 115 В у системі 230В змінного струму. Все обладнання, що постачається, плаває на половині мережі над землею. Дві ковпачки, як правило, 0,001 мкФ, кожен імпеданс є 2 паралельними ковпачками.
Z ~ = 2 / (2.Pi.fc) або приблизно 5 мегаом, що дає струми витоку приблизно від 10 до 20 мкА. Це виглядає не так сильно, але створює дратівливі «укуси» пальцями тощо при дотику до Vout, тоді як тіло заземлено - через рівень напруги - і щасливо заряджає бродячу ємність, щоб мати достатньо енергії, щоб підірвати речі - що, безумовно, трапляється.

Рішення полягає в заземленні заземлення .. АЛЕ

Найгірше, коли виробники підключають центральний кран до виходу негативу, а потім не допускають використання заземлюючого провідника. Ви отримуєте напівфабрикати з плаваючим обладнанням і немає простого способу виправити це. Неприємний результат, який потребує запуску або використання заземлення поза шнуром живлення.

Так, адаптер живлення повністю ізольований, але пристрій, що живиться від нього, може мати випробовувані деталі, які можуть переносити небезпечну напругу в разі несправності. Або може мати низьку, але дратівливу напругу через нормальні струми витоку. Гальванічна ізоляція не може повністю уникнути ємнісних струмів витоку.

(Насправді це може бути із заземленим екраном між обмотками, наприклад, для хірургічних пристроїв, але, очевидно, для цього потрібен заземлюючий провід.)

Я не розумію, чому інші відповіді приділяють стільки уваги внутрішній роботі адаптера живлення з переключеним режимом. Очевидно, кожен дизайн має гальванічну ізоляцію. Раніше двообмоточний трансформатор потужністю 50 Гц (США: 60 Гц). В даний час трансформатор працює на набагато більшій частоті, і відповідно менший і довший, але це не в тому.

Зауважте, що заземлення - це лише необов'язкова річ. Користь буде лише у випадку використання заземленої настінної розетки. Він нічого не робить на незаземленій розетці. Незаземлені розетки слід використовувати лише там, де вас не вмить вбити при дотику до напруги живлення, наприклад, вітальня з дерев’яною підлогою замість бетонної підлоги. Але сьогодні я бачу заземлені торгові точки практично скрізь.

Зауважте також, що заземлювач на розетці може не повністю усунути дратівливу малу напругу вашого пристрою. Цей замикач призначений для безпеки, щоб продути запобіжник, перш ніж отримати електричний струм, але не для забезпечення нульового вольта. Опір заземлення дроту, а також індуктивність, все ще може бути значним. Наприклад, я часто відчував «тикання» напруги під час роботи з VGA-кабелем на 17-дюймових ЕКР-моніторах, навіть на заземленій розетці, ймовірно, через ємнісний витік із внутрішніх 10 000 вольт для трубки. (17 дюймів? Ці монітори були такими великими, дорогими і важкими. Зараз у нас дешеві легкі 23-дюймові, 27-дюймові, UHD, ....)