Tại sao một đơn vị cung cấp điện với trường hợp cách điện và tách điện cần một dây nguồn nối đất?

Gần đây, tôi đã chứng kiến ​​một nguồn cung cấp năng lượng bên ngoài của IBM trông giống như một cục gạch chuyển đổi chế độ thông thường (khá nhỏ và nhẹ cho công suất hơn 50 watt) trong vỏ nhựa nhưng có cáp ba dây (pha + trung tính + nối đất) ở giữa chính nó và chính.

Nhìn thấy một dây cáp ba dây được sử dụng với nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi vỏ nhựa là khá hiếm. Thông thường, vỏ bằng kim loại và cáp có ba dây hoặc vỏ bằng nhựa và cáp có hai dây.

Có vẻ như các bộ nguồn chuyển đổi chế độ có sự phân tách điện . Ngoài ra, thiết bị có vỏ nhựa cách điện, do đó, dây pha chính không thể tạo ra điện áp trên bề mặt bên ngoài của vỏ nên có bất kỳ loại ngắn nào.

Lý do cho cáp nối đất trong nguồn điện chế độ chuyển đổi với vỏ nhựa cách điện là gì?

Dưới đây là sơ đồ điển hình của bộ lọc EMI cung cấp điện AC / DC.

Bạn có thể thấy rằng các tụ điện X (giữa đường dây và trung tính) cộng với độ tự cảm rò rỉ của cuộn cảm ở chế độ chung cho phép loại bỏ nhiễu vi sai, và độ tự cảm cuộn cảm CM kết hợp với tụ điện Y sẽ loại bỏ nhiễu chế độ chung.

Tôi cũng sẽ không ngạc nhiên nếu lợi nhuận đầu ra được kết nối trực tiếp với trái đất.

Bộ nguồn chuyển đổi chế độ sử dụng cái được gọi là "bộ chuyển đổi flyback" để cung cấp chuyển đổi điện áp và cách ly điện. Một thành phần cốt lõi của bộ chuyển đổi này là một máy biến áp tần số cao.

Máy biến áp thực tế có một số điện dung đi lạc giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Điện dung này tương tác với hoạt động chuyển đổi của bộ chuyển đổi. Nếu không có kết nối nào khác giữa đầu vào và đầu ra, điều này sẽ dẫn đến điện áp tần số cao giữa đầu ra và đầu vào.

Điều này thực sự tồi tệ từ góc độ EMC. Các dây cáp từ cục gạch công suất hiện nay về cơ bản hoạt động như một ăng ten truyền tần số cao được tạo ra bởi quá trình chuyển mạch.

Để triệt tiêu chế độ phổ biến tần số cao là không cần thiết phải đặt các tụ điện giữa phía đầu vào và đầu ra của nguồn cung cấp với điện dung cao hơn đáng kể so với điện dung trong máy biến áp flyback. Điều này có hiệu quả rút ngắn tần số cao và ngăn nó thoát ra khỏi thiết bị.

Khi loại bỏ PSU loại 2 (khai quật), chúng ta không có lựa chọn nào khác ngoài việc kết nối các tụ điện này với đầu vào "trực tiếp" và / hoặc "trung tính". Vì hầu hết thế giới không thực thi phân cực trên các ổ cắm được khai quật, chúng tôi phải cho rằng một hoặc cả hai thiết bị đầu cuối "sống" và "trung tính" có thể có điện áp lớn so với trái đất và chúng tôi thường kết thúc với thiết kế đối xứng như một "lựa chọn tồi tệ nhất". Đó là lý do tại sao nếu bạn đo đầu ra của PSU loại 2 so với trái đất chính với đồng hồ đo trở kháng cao, bạn thường sẽ thấy khoảng một nửa điện áp nguồn.

Điều đó có nghĩa là trên PSU loại 2, chúng ta có một sự đánh đổi khó khăn giữa an toàn và EMC. Làm cho các tụ điện lớn hơn sẽ cải thiện EMC nhưng cũng dẫn đến "dòng cảm ứng" cao hơn (dòng điện sẽ chạy qua ai đó hoặc thứ gì đó chạm vào đầu ra của PSU và nguồn điện chính). Sự đánh đổi này trở nên rắc rối hơn khi PSU trở nên lớn hơn (và do đó điện dung đi lạc trong máy biến áp trở nên lớn hơn).

Trên PSU loại 1 (nối đất), chúng ta có thể sử dụng trái đất nguồn làm rào cản giữa đầu vào và đầu ra bằng cách kết nối đầu ra với đất chính (như phổ biến trong PSU máy tính để bàn) hoặc bằng cách sử dụng hai tụ điện, một từ đầu ra đến đất chính và một từ trái đất chính đến đầu vào (đây là điều mà hầu hết các viên gạch nguồn của máy tính xách tay làm). Điều này tránh được sự cố chạm hiện tại trong khi vẫn cung cấp đường dẫn tần số cao để kiểm soát EMC.

Vậy tại sao các PSU máy tính xách tay từ các nhà cung cấp lớn có thể sửa chữa loại 1 ngày nay khi chúng không được sử dụng? (và khi crap rẻ tiền thường vẫn không) Tôi không biết chắc chắn nhưng tôi hy vọng nó là sự kết hợp của.

1. Ngay cả các dòng cảm ứng dưới giới hạn pháp lý có thể có vấn đề. Một số người nhạy cảm với điện một cách bất thường và có thể cảm thấy dòng điện dưới giới hạn pháp lý. Một số thiết bị điện tử cũng có thể bị hỏng bởi dòng điện dưới giới hạn dòng cảm ứng hợp pháp trong quá trình cắm nóng.
2. Các quy định EMC đã chặt chẽ hơn trong những năm qua.

Không có sơ đồ thì thật khó để nói. Tuy nhiên, chì nền rất có thể được sử dụng bởi bộ lọc EMI. Nhiều khả năng có một balun (cuộn cảm chế độ chung) trên đầu vào nguồn trước khi nó đi đến phần còn lại của mạch. Điều này sẽ làm tăng trở kháng của các tín hiệu chế độ chung, nhưng chính nó sẽ không làm giảm chúng mà không có một loại tải nào. Tải trọng đó sẽ là một tụ điện nối đất trên mỗi hai dây dẫn điện ở phía bên ngoài của balun.

Bạn đã bao giờ có một "nip" khi chạm vào đầu ra điện áp thấp của một bộ nguồn hiện đại chưa?
Điều này gây phiền nhiễu và có khả năng phá hủy thiết bị.
Lý do là hệ thống được mô tả trong câu hỏi đã được triển khai nhưng không được sử dụng đúng cách,

Sơ đồ và bình luận của Madmanguram nên được lưu ý.

Madmanguram đã cung cấp một minh họa tuyệt vời.
Lưu ý trả lại đầu ra bình luận cũng được căn cứ. Điều này đôi khi được thực hiện và, khi nó là một thảm họa hoàn toàn khi dây dẫn đất không được nối đất, ví dụ như sử dụng dây 2 dây.

Mặt đất cục bộ = tụ trung tâm hiện đang ở một nửa nguồn điện chính. tức là khoảng 115 V trên hệ thống 230VAC. Toàn bộ thiết bị được cung cấp nổi ở một nửa nguồn điện trên mặt đất. Hai mũ thường là 0,001 uF mỗi cái vì vậy trở kháng là 2 mũ song song.
Z ~ = 2 / (2.Pi.fc) hoặc khoảng 5 megohm cho dòng điện rò rỉ khoảng 10 đến 20 uA. Điều này nghe có vẻ không nhiều nhưng tạo ra những "vết cắn" khó chịu trên ngón tay, v.v. khi chạm vào Vout trong khi cơ thể bị chạm đất - do mức điện áp - và vui vẻ sạc điện dung đi lạc để có đủ năng lượng để thổi bay mọi thứ - điều chắc chắn xảy ra.

Giải pháp là nối đất dẫn .. NHƯNG

Tệ nhất là khi các nhà sản xuất kết nối vòi trung tâm với đầu ra âm và sau đó không cho phép sử dụng dây dẫn nối đất. Bạn nhận được một nửa thiết bị nổi và không có cách nào dễ dàng để sửa nó. Một kết quả khó chịu cần chạy hoặc sử dụng kết nối mặt đất bên ngoài dây nguồn.

Có, bộ điều hợp nguồn được cách ly hoàn toàn, nhưng thiết bị được cung cấp bởi nó có thể có các bộ phận dẫn điện tiếp xúc, có thể mang điện áp nguy hiểm trong trường hợp hỏng hóc. Hoặc, có thể mang điện áp thấp nhưng gây khó chịu do dòng rò bình thường. Cách ly Galvanic hoàn toàn không thể tránh được dòng rò điện dung.

(Trên thực tế, nó có thể, với một màn hình nối đất giữa các cuộn dây, ví dụ cho các thiết bị phẫu thuật, nhưng rõ ràng điều này cần dây nối đất.)

Tôi không hiểu tại sao các câu trả lời khác lại chú ý nhiều đến hoạt động bên trong của bộ chuyển đổi chế độ chuyển đổi. Rõ ràng, mọi thiết kế đều có tính năng cách ly điện. Trước đây, một máy biến áp hai cuộn dây 50 Hz (US: 60 Hz). Ngày nay, máy biến áp hoạt động với tần suất cao hơn nhiều, và do đó nhỏ hơn và cao hơn, nhưng đó không phải là điểm chính.

Lưu ý rằng chì mặt đất chỉ là một điều tùy chọn. Nó chỉ làm bất kỳ tốt nếu sử dụng một ổ cắm tường nối đất. Nó không làm gì trên một ổ cắm tường không có căn cứ. Không nên sử dụng ổ cắm trên tường bị mắc kẹt trong trường hợp bạn sẽ không bị giết ngay lập tức khi chạm vào điện áp trực tiếp, chẳng hạn như phòng khách có sàn gỗ thay vì sàn bê tông. Nhưng ngày nay tôi đang nhìn thấy các cửa hàng có căn cứ hầu như ở khắp mọi nơi.

Cũng lưu ý rằng trái đất đầu ra có thể không loại bỏ hoàn toàn điện áp nhỏ gây phiền nhiễu trên thiết bị của bạn. Mặt đất đó được thiết kế để đảm bảo an toàn, để thổi cầu chì trước khi bạn bị điện giật, nhưng không đảm bảo điện áp bằng 0. Điện trở dây nối đất, và độ tự cảm, vẫn có thể là đáng kể. Ví dụ, tôi thường gặp phải điện áp 'cù lét' khi xử lý cáp VGA trên màn hình CRT 17 inch, ngay cả trên ổ cắm nối đất, có thể là do rò rỉ điện dung từ 10.000 volt bên trong cho ống. (17 inch? Những màn hình đó quá to, đắt và nặng. Bây giờ chúng ta có loại nhẹ 23 inch, 27 inch, UHD, ....)