Mengapa unit catu daya dengan kasing isolasi dan pemisahan galvanik memerlukan kabel daya yang diarde?

Baru-baru ini saya menyaksikan catu daya IBM laptor eksternal yang tampak seperti batu bata mode sakelar biasa (agak kecil dan ringan untuk daya lebih dari 50 watt) dalam wadah plastik tetapi memiliki kabel tiga kabel (fase + netral + pentanahan) antara sendiri dan listrik.

Melihat kabel tiga kabel yang digunakan dengan suplai mode switch case plastik agak jarang. Biasanya casing terbuat dari logam dan kabelnya dengan tiga kabel, atau case jika dari plastik dan kabelnya dengan dua kabel.

Sepertinya catu daya mode sakelar memiliki pemisahan galvanik . Juga unit memiliki isolasi plastik, jadi tidak mungkin bahwa kabel fase listrik menginduksi tegangan ke permukaan luar casing jika ada jenis pendek.

Apa alasan untuk kabel ground pada catu daya mode sakelar dengan wadah plastik terisolasi?

Di bawah ini adalah skema khas filter EMI catu daya AC / DC.

Anda dapat melihat bahwa kapasitor-X (antara saluran dan netral) ditambah induktansi kebocoran induktor mode-umum memberikan penolakan diferensial-derau, dan induktansi CM choke yang dikombinasikan dengan kapasitor-Y memberikan penolakan derau mode umum.

Saya juga tidak akan terkejut jika pengembalian output terhubung langsung ke bumi.

Catu daya mode sakelar menggunakan apa yang dikenal sebagai "konverter flyback" untuk menyediakan konversi tegangan dan isolasi galvanik. Komponen inti dari konverter ini adalah transformator frekuensi tinggi.

Transformator praktis memiliki beberapa kapasitansi liar antara belitan primer dan sekunder. Kapasitansi ini berinteraksi dengan operasi switching konverter. Jika tidak ada koneksi lain antara input dan output, ini akan menghasilkan tegangan frekuensi tinggi antara output dan input.

Ini benar-benar buruk dari sudut pandang EMC. Kabel dari batubata sekarang pada dasarnya bertindak sebagai antena yang mentransmisikan frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh proses switching.

Untuk menekan mode umum frekuensi tinggi adalah diperlukan untuk menempatkan kapasitor antara sisi input dan output catu daya dengan kapasitansi yang jauh lebih tinggi dari kapasitansi pada trafo flyback. Ini secara efektif mengurangi frekuensi tinggi dan mencegahnya keluar dari perangkat.

Ketika desinging PSU kelas 2 (digali) kita tidak punya pilihan selain menghubungkan kapasitor ini ke input "hidup" dan / atau "netral". Karena sebagian besar dunia tidak menerapkan polaritas pada soket yang tidak tergali, kita harus mengasumsikan bahwa salah satu atau kedua terminal "hidup" dan "netral" mungkin berada pada tegangan yang relatif sama dengan bumi dan kita biasanya berakhir dengan desain simetris seperti sebuah "opsi paling tidak buruk". Itu sebabnya jika Anda mengukur output dari kelas 2 PSU relatif terhadap listrik utama dengan meter impedansi tinggi Anda biasanya akan melihat sekitar setengah tegangan listrik.

Itu berarti pada PSU kelas 2 kita memiliki tradeoff yang sulit antara keselamatan dan EMC. Membuat kapasitor lebih besar meningkatkan EMC tetapi juga menghasilkan "arus sentuh" ​​yang lebih tinggi (arus yang akan mengalir melalui seseorang atau sesuatu yang menyentuh output dari PSU dan bumi utama). Pengorbanan ini menjadi lebih bermasalah karena PSU semakin besar (dan karenanya kapasitansi liar di transformator semakin besar).

Pada PSU kelas 1 (dibumikan), kita dapat menggunakan pembumian utama sebagai penghalang antara input dan output dengan menghubungkan output ke pembumian induk (seperti yang umum di PSU desktop) atau dengan menggunakan dua kapasitor, satu dari keluaran ke pembumian utama. dan satu dari bumi utama ke input (inilah yang kebanyakan batu bata daya laptop lakukan). Ini menghindari masalah sentuhan saat ini sambil tetap menyediakan jalur frekuensi tinggi untuk mengontrol EMC.

Jadi mengapa PSU laptop dari vendor repuatable besar kelas 1 saat ini tidak digunakan? (Dan ketika omong kosong murah sering masih tidak) Saya tidak tahu pasti tapi saya berharap itu kombinasi.

1. Bahkan arus sentuh di bawah batas hukum dapat menjadi masalah. Beberapa orang sangat sensitif terhadap listrik dan dapat merasakan arus di bawah batas hukum. Beberapa elektronik juga dapat rusak oleh arus di bawah batas sentuh saat ini selama hotplugging.
2. Peraturan EMC semakin ketat selama ini.

Tanpa skema sulit untuk mengatakannya. Namun, ground lead kemungkinan besar digunakan oleh filter EMI. Kemungkinan besar ada balun (mode umum tersedak) pada input daya sebelum masuk ke sisa rangkaian. Ini akan meningkatkan impedansi sinyal mode umum, tetapi dengan sendirinya tidak akan melemahkan mereka tanpa semacam beban. Beban itu akan menjadi kapasitor untuk membumikan pada masing-masing dari dua lead daya di sisi luar balun.

Pernahkah Anda memiliki "nip" ketika menyentuh output tegangan rendah dari paket daya modern?
Ini menjengkelkan dan berpotensi merusak peralatan.
Alasannya adalah bahwa sistem yang dijelaskan dalam pertanyaan telah diimplementasikan tetapi tidak digunakan dengan benar,

Diagram dan komentar Madmanguram harus dicatat.

Madmanguram telah memberikan ilustrasi yang sangat bagus.
Perhatikan kembalinya komentar kembali output juga sedang di-ground. Ini kadang-kadang dilakukan dan, ketika itu, adalah bencana total ketika kabel ground tidak ditanahkan misalnya kabel 2 kawat digunakan.

Ground lokal = tap pusat kapasitor sekarang berada di setengah daya utama. yaitu sekitar 115 V pada sistem 230VAC. Seluruh peralatan yang disediakan mengapung di setengah sumber listrik di atas tanah. Kedua tutup biasanya masing-masing 0,001 uF sehingga impedans adalah sebagai 2 topi secara paralel.
Z ~ = 2 / (2.Pi.fc) atau sekitar 5 megohm memberikan arus bocor sekitar 10 hingga 20 uA. Ini tidak terdengar seperti banyak tetapi menghasilkan "gigitan" yang mengganggu pada jari dll ketika menyentuh Vout ketika tubuh seseorang di-ground - karena tingkat tegangan - dan dengan senang hati mengisi kapasitansi liar untuk memiliki energi yang cukup untuk meledakkan sesuatu - yang pasti memang terjadi.

Solusinya adalah dengan membumikan ground lead .. TAPI

Yang terburuk adalah ketika produsen menghubungkan ketuk pusat ke keluaran negatif dan kemudian tidak membuat kelonggaran untuk menggunakan konduktor tanah. Anda mendapatkan setengah peralatan listrik yang melayang dan tidak ada cara mudah untuk memperbaikinya. Hasil buruk yang perlu dijalankan atau menggunakan koneksi ground di luar kabel daya.

Ya, adaptor daya sepenuhnya terisolasi, tetapi perangkat yang ditenagai olehnya mungkin terkena komponen penghantar, yang dapat membawa tegangan berbahaya jika terjadi kegagalan fungsi. Atau, mungkin membawa tegangan rendah tetapi mengganggu karena arus bocor normal. Isolasi galvanik tidak dapat sepenuhnya menghindari arus kebocoran kapasitif.

(Sebenarnya bisa, dengan layar ground antara gulungan, misalnya untuk perangkat bedah, tetapi jelas ini membutuhkan kabel ground.)

Saya tidak mengerti mengapa jawaban lain sangat memperhatikan cara kerja adaptor daya mode aktif. Jelas, setiap desain fitur isolasi galvanik. Sebelumnya, transformator dua lilitan 50 Hz (AS: 60 Hz). Saat ini transformator bekerja pada frekuensi yang jauh lebih tinggi, dan karenanya lebih kecil dan lebih tinggi, tetapi bukan itu intinya.

Perhatikan bahwa lead ground hanyalah hal opsional. Hanya ada gunanya jika menggunakan stopkontak yang diarde. Itu tidak melakukan apa-apa pada stopkontak dinding yang tidak dikelilingi. Outlet dinding yang tidak dibumikan hanya boleh digunakan di tempat Anda tidak akan langsung terbunuh ketika menyentuh tegangan hidup, seperti ruang tamu dengan lantai kayu, bukan lantai beton. Tapi saat ini saya melihat outlet ground hampir di mana-mana.

Perhatikan juga bahwa bumi keluaran mungkin tidak sepenuhnya menghilangkan tegangan kecil yang mengganggu pada perangkat Anda. Tanah itu dirancang untuk keselamatan, untuk meledakkan sekering sebelum Anda tersengat listrik, tetapi tidak untuk menjamin volt nol. Resistensi kawat tanah, dan juga induktansi, mungkin masih signifikan. Sebagai contoh, saya sering mengalami tegangan 'gelitik' ketika memegang kabel VGA pada monitor CRT 17 inci, bahkan pada stopkontak yang dibumikan, mungkin karena kebocoran kapasitif dari 10.000 volt internal untuk tabung. (17 inci? Monitor itu sangat besar, mahal, dan berat. Sekarang kami memiliki 23 inci ringan, 27 inci, UHD, ....)