ตัวเก็บประจุ Y ใน SMPS ทำอะไร

ดูเหมือนว่าการออกแบบที่ดี SMPS มีประจุเชื่อมต่อพื้นระนาบของฝ่ายประถมศึกษาและมัธยมศึกษาของหม้อแปลงเช่นตัวเก็บประจุ C13 ที่นี่ วัตถุประสงค์ของตัวเก็บประจุนี้คืออะไร?

ฉันให้ตัวเองเข้าใจว่ามันมีไว้สำหรับการปราบปราม EMI แต่มันปราบปราม EMI ประเภทใดและอย่างไร ดูเหมือนว่าฉันจะเป็นขาเดียวของวงจรเปิดและทำให้เฉื่อยอย่างสมบูรณ์ แต่เห็นได้ชัดว่าฉันผิดเกี่ยวกับเรื่องนี้

แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ใช้สิ่งที่เรียกว่า "ตัวแปลง flyback" เพื่อให้การแปลงแรงดันไฟฟ้าและการแยกแบบไฟฟ้า ส่วนประกอบหลักของตัวแปลงนี้คือหม้อแปลงความถี่สูง

หม้อแปลงที่ใช้งานได้จริงมีความจุจรจัดระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ ความจุนี้โต้ตอบกับการสลับการทำงานของตัวแปลง หากไม่มีการเชื่อมต่ออื่น ๆ ระหว่างอินพุตและเอาต์พุตสิ่งนี้จะส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงระหว่างเอาต์พุตและอินพุต

สิ่งนี้แย่มากจากมุมมองของ EMC สายเคเบิลจากอิฐกำลังตอนนี้ทำหน้าที่เป็นเสาอากาศส่งความถี่สูงที่สร้างขึ้นโดยกระบวนการสลับ

ในการปราบปรามโหมดทั่วไปที่มีความถี่สูงจำเป็นต้องใส่ตัวเก็บประจุระหว่างอินพุตและเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟที่มีค่าความจุสูงกว่าความจุในหม้อแปลงฟลายแบ็กอย่างมาก สิ่งนี้จะช่วยลดความถี่สูงอย่างมีประสิทธิภาพและป้องกันไม่ให้มันหลุดออกจากอุปกรณ์

เมื่อทำการออกแบบคลาส 2 (ค้นพบ) PSU เราไม่มีทางเลือกนอกจากเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเหล่านี้กับอินพุต "สด" และ / หรือ "เป็นกลาง" เนื่องจากส่วนใหญ่ของโลกไม่ได้บังคับใช้ขั้วบนซ็อกเก็ตที่ขุดขึ้นมาเราจึงต้องสันนิษฐานว่าขั้วต่อทั้ง "สด" และ "เป็นกลาง" อย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอาจอยู่ในระดับแรงดันไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับโลก เป็น "ตัวเลือกที่แย่ที่สุด" นั่นคือเหตุผลที่ถ้าคุณวัดเอาท์พุทของคลาส 2 PSU ที่สัมพันธ์กับสายไฟหลักด้วยเครื่องวัดความต้านทานสูงคุณมักจะเห็นประมาณครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าหลัก

นั่นหมายถึงคลาส 2 PSU เรามีความยากลำบากระหว่างความปลอดภัยกับ EMC การทำให้ตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่ขึ้นปรับปรุง EMC แต่ยังส่งผลให้ "กระแสสัมผัส" สูงขึ้น (กระแสที่ไหลผ่านใครบางคนหรือบางสิ่งที่สัมผัสเอาท์พุทของ PSU และสายดินหลัก) การแลกเปลี่ยนนี้กลายเป็นปัญหามากขึ้นเมื่อ PSU มีขนาดใหญ่ขึ้น (และความจุจรจัดในหม้อแปลงจึงใหญ่ขึ้น)

บนคลาส 1 (ต่อสายดิน) PSU เราสามารถใช้ mains earth เป็นกำแพงกั้นระหว่างอินพุตและเอาท์พุตโดยการเชื่อมต่อเอาต์พุตกับ mains earth (ตามปกติในเดสก์ท็อปพีซี PSUs) หรือโดยการใช้ตัวเก็บประจุสองตัว โลกและดินจากไฟเมนไปยังอินพุต (นี่คือสิ่งที่ก้อนอิฐแล็ปท็อปส่วนใหญ่ทำ) สิ่งนี้จะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาการสัมผัสในขณะที่ยังคงมีเส้นทางความถี่สูงเพื่อควบคุม EMC

การลัดวงจรของตัวเก็บประจุเหล่านี้จะไม่ดีมาก ในชั้นที่ 1 PSU ความล้มเหลวของตัวเก็บประจุระหว่างแหล่งจ่ายไฟและสายดินหลักจะหมายถึงช่วงสั้น ๆ กับโลก (เทียบเท่ากับความล้มเหลวของฉนวน "พื้นฐาน") มันไม่ดี แต่ถ้าระบบสายดินทำงานได้ก็ไม่ควรเป็นอันตรายโดยตรงต่อผู้ใช้ ในคลาส 2 PSU ความล้มเหลวของตัวเก็บประจุแย่กว่ามากมันอาจหมายถึงอันตรายด้านความปลอดภัยโดยตรงและร้ายแรงต่อผู้ใช้ (เทียบเท่ากับความล้มเหลวหรือฉนวน "สอง" หรือ "เสริม") เพื่อป้องกันอันตรายต่อผู้ใช้งานตัวเก็บประจุจะต้องได้รับการออกแบบเพื่อไม่ให้เกิดความผิดพลาดในการลัดวงจร

ดังนั้นตัวเก็บประจุแบบพิเศษจึงถูกใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวเก็บประจุเหล่านี้เรียกว่า "Y ตัวเก็บประจุ" (ตัวเก็บประจุ X ในอีกทางหนึ่งจะใช้ระหว่างไฟเมนและเป็นกลางไฟ) มีตัวต้านทานหลักสองชนิดของ "Y ตัวเก็บประจุ", "Y1" และ "Y2" (โดย Y1 เป็นประเภทที่ได้รับคะแนนสูงกว่า) โดยทั่วไปตัวเก็บประจุ Y1 จะใช้ในอุปกรณ์คลาส 2 ในขณะที่ตัวเก็บประจุ Y2 ใช้ในอุปกรณ์คลาส 1

ตัวเก็บประจุนั้นระหว่างด้านหลักและด้านรองของ SMPS หมายความว่าเอาท์พุทไม่ได้ถูกแยกออกหรือไม่? ฉันเคยเห็นอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการที่สามารถเชื่อมต่อเป็นอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันเป็นสองเท่า พวกเขาจะทำอย่างไรถ้ามันไม่ได้แยก?

แหล่งจ่ายไฟบางตัวมีเอาต์พุตที่เชื่อมต่อกับพื้นโลกอย่างหนัก เห็นได้ชัดว่าคุณไม่สามารถใช้แหล่งจ่ายไฟคู่ที่มีขั้วเอาท์พุทเดียวกันเชื่อมต่อกับโลกและวางไว้ในอนุกรม

แหล่งจ่ายไฟอื่น ๆ มีเฉพาะข้อต่อแบบ Capactive จากเอาต์พุตไปยังอินพุตหรือไปยังสายไฟหลัก สามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมเหล่านี้เนื่องจากตัวเก็บประจุบล็อก DC

จากประสบการณ์ของฉันในฐานะวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ฉันพบว่าอุปกรณ์จ่ายพลังงานระดับมืออาชีพจำนวนมากมีการรั่วไหลของกระแสไฟประมาณ 80v AC ลงสู่พื้นเนื่องจากมีตัวเก็บประจุ Y อยู่ IEE อนุญาตให้กระแสรั่วไหลของ <85uA สำหรับอุปกรณ์ที่ไม่ใช่การแพทย์ อย่างไรก็ตามอาจทำให้เกิดปัญหากับวงจรเสียง ฉันเคยเห็นคร่าวๆกราวด์ลูปกราวด์ไม่กี่ครั้งเมื่อแล็ปท็อปเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงหรือเมื่อเชื่อมต่อเอฟเฟกต์บนเวทีกับ PA โดยส่วนตัวแล้วฉันรู้สึกถึงการสั่นสะเทือนเล็กน้อย แต่ไม่น่าพอใจจากไมโครโฟนเนื่องจากการรั่วไหลของจาก SMPS ทางออกแรกของฉันคือการถอดตัวเก็บประจุ Y และเชื่อมต่อกับกราวด์ แต่ในที่สุดฉันก็สร้าง PSU เชิงเส้นของตัวเองโดยใช้วงแหวน เท่าที่ "ซ้อน"

เพื่อตอบคำถามของ OP โดยตรง การใช้ตัวเก็บประจุ Y ในขณะที่สอดคล้องกับการปฏิบัติทางวิศวกรรมมาตรฐานในอดีตที่ควรหลีกเลี่ยงในการออกแบบใหม่ การแลกเปลี่ยนทางวิศวกรรมใหม่สำหรับการใช้ตัวเก็บประจุ Y ได้เกิดขึ้นภายในทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากข้อกำหนดของ NEC (US National Electric Code) สำหรับการใช้เบรกเกอร์วงจร GFCI และ AFCI เบรกเกอร์เหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อการเดินทางที่ 5 mA รวมกระแสพื้นดินสำหรับทุกช่อง AC ในวงจรสาขา เห็นได้ชัดว่าช่วยให้อุปกรณ์ 3.5 mA ต่อคลาส I เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วสำหรับศูนย์รวมความบันเทิงในห้องนั่งเล่นทั่วไปหรือเวิร์กสเตชันคอมพิวเตอร์ ในขณะที่มาตรฐานการรั่วไหลในปัจจุบันอนุญาตให้สิ่งนี้ OEM ได้รับการร้องเรียนจากผู้บริโภคมากขึ้นเรื่อย ๆ ว่าผลิตภัณฑ์ของพวกเขา "เดินทางไปที่เบรกเกอร์ของฉันฉันต้องการให้แก้ไขได้"https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/grounding/chasing-ghost-trips-in-gfci-protected-circuits ข้อกำหนดของ NEC ได้เพิ่มขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาและหลายรัฐและเมืองต่าง ๆ ได้รวมเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์แล้ว ในขณะที่อุปกรณ์ class II (ไม่มีเขี้ยวสายดินที่สามบนปลั๊ก AC) มีรายละเอียดการรั่วไหลที่เข้มงวดมากขึ้นพวกเขาเป็นโซลูชั่นที่นักออกแบบส่วนใหญ่ดูเหมือนจะเคลื่อนไปข้างหน้า อุปกรณ์เหล่านี้สามารถตอบสนองรายละเอียด EMI โดยไม่มีตัวเก็บประจุ Y เลย