Что делает конденсатор Y в SMPS?

Кажется, что хорошо спроектированный SMPS имеет конденсатор, соединяющий плоскости заземления первичной и вторичной сторон трансформатора, такой как конденсатор C13 здесь . Какова цель этого конденсатора?

Я позволил себе понять, что это для подавления электромагнитных помех, но какой тип электромагнитных помех он подавляет и как? Мне кажется, что это единственная ветвь разомкнутой цепи, и поэтому она абсолютно инертна, но, очевидно, я ошибаюсь в этом.

Импульсные источники питания используют так называемый «обратный преобразователь» для обеспечения преобразования напряжения и гальванической развязки. Основным компонентом этого преобразователя является высокочастотный трансформатор.

Практические трансформаторы имеют некоторую паразитную емкость между первичной и вторичной обмотками. Эта емкость взаимодействует с операцией переключения преобразователя. Если между входом и выходом нет другого соединения, это приведет к высокочастотному напряжению между выходом и входом.

Это действительно плохо с точки зрения EMC. Кабели от силового блока теперь по существу действуют как антенна, передающая высокую частоту, генерируемую процессом переключения.

Для подавления высокочастотного синфазного режима необходимо поместить конденсаторы между входной и выходной стороной источника питания с емкостью, существенно превышающей емкость в трансформаторе с обратной связью. Это эффективно отключает высокую частоту и предотвращает ее выход из устройства.

При разработке блока питания класса 2 (без заземления) у нас нет другого выбора, кроме как подключить эти конденсаторы к входу «под напряжением» и / или «нейтрали». Поскольку большая часть мира не устанавливает полярность в незаземленных розетках, мы должны предположить, что один или оба из «живых» и «нейтральных» выводов могут иметь значительное напряжение относительно земли, и мы обычно получаем симметричный дизайн как «наименее плохой вариант». Вот почему, если вы измеряете выходной сигнал блока питания класса 2 относительно заземления с помощью измерителя с высоким импедансом, вы обычно видите примерно половину сетевого напряжения.

Это означает, что для блока питания класса 2 у нас сложный компромисс между безопасностью и EMC. Увеличение емкости конденсаторов улучшает ЭМС, но также приводит к более высокому «току прикосновения» (току, который будет протекать через кого-либо или что-либо, что касается выхода блока питания и заземления). Этот компромисс становится более проблематичным, так как блок питания становится больше (и, следовательно, паразитная емкость в трансформаторе увеличивается).

На блоках питания класса 1 (заземленных) мы можем использовать заземление в качестве барьера между входом и выходом, либо подключив выход к заземлению (как это часто бывает в блоках питания настольных ПК), либо используя два конденсатора, один от выхода к сети. земля и один от сети земля на вход (это то, что делают большинство блоков питания ноутбука). Это позволяет избежать проблемы тока прикосновения, в то же время обеспечивая высокочастотный тракт для управления ЭМС.

Отказ короткого замыкания этих конденсаторов был бы очень плохим. В блоке питания класса 1 выход из строя конденсатора между питающей сетью и сетевым заземлением будет означать замыкание на землю (эквивалентно отказу в «базовой» изоляции). Это плохо, но если система заземления функционирует, это не должно быть серьезной непосредственной угрозой для пользователей. В блоке питания класса 2 отказ конденсатора намного хуже, это будет означать прямую и серьезную угрозу безопасности для пользователя (эквивалентно отказу, «двойной» или «усиленной» изоляции). Чтобы предотвратить опасность для пользователя, конденсаторы должны быть спроектированы таким образом, чтобы сбой короткого замыкания был очень маловероятным.

Поэтому для этой цели используются специальные конденсаторы. Эти конденсаторы известны как «Y-конденсаторы» (с другой стороны, X-конденсаторы используются между питающей сетью и нейтралью сети). Существует два основных подтипа «Y-конденсатор», «Y1» и «Y2» (причем Y1 является типом с более высоким номиналом). Обычно конденсаторы Y1 используются в оборудовании класса 2, а конденсаторы Y2 используются в оборудовании класса 1.

Так значит ли этот конденсатор между первичной и вторичной сторонами SMPS, что выход не изолирован? Я видел лабораторные принадлежности, которые можно подключать последовательно, чтобы удвоить напряжение. Как они это делают, если он не изолирован?

Некоторые источники питания имеют свои выходы, жестко связанные с землей. Очевидно, что вы не можете взять пару блоков питания с одинаково подключенными к земле выходными клеммами и соединить их последовательно.

Другие источники питания имеют только емкостную связь от выхода к входу или к заземлению. Они могут быть соединены последовательно, так как конденсаторы блокируют постоянный ток.

Из моего опыта работы инженером-электронщиком я обнаружил, что многие профессиональные блоки питания класса II имеют утечку около 80 В переменного тока на землю из-за наличия конденсатора Y. IEE допускает ток утечки <85 мкА для немедицинского оборудования. Однако это может вызвать проблемы со звуковыми цепями. Я видел несколько случаев гудения контура заземления, когда ноутбук подключен к аудиоусилителю или когда эффекты на сцене подключены к PA. Я лично испытал легкий, но неприятный удар от микрофона из-за утечки из SMPS. Моим первоначальным решением было снять конденсаторы Y и установить заземление, но в итоге я построил свои собственные линейные блоки питания, используя тороидальный. Насколько "укладка"

Напрямую ответить на вопрос ОП; использование Y-образных конденсаторов, хотя и соответствовало стандартной инженерной практике в прошлом, вероятно, следует избегать в новых разработках. Новый технический компромисс для использования конденсаторов Y появился в течение последнего десятилетия или около того, из-за требований NEC (Национальный электрический кодекс США) для использования автоматических выключателей GFCI и AFCI. Эти выключатели рассчитаны на отключение при общем токе заземления 5 мА для всех розеток переменного тока в разветвленной цепи. Очевидно, что включение 3,5 мА на устройство класса I довольно быстро складывается для типичного развлекательного центра гостиной или компьютерной рабочей станции. Хотя нынешние стандарты утечки позволяют это, OEM-производители получают все больше и больше жалоб потребителей на то, что их продукт «отключает мой выключатель, я хочу, чтобы он был исправлен»https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/grounding/chasing-ghost-trips-in-gfci-protected-circuits . Требования NEC увеличивались в течение последнего десятилетия, и многие штаты и города только сейчас полностью включают его. В то время как устройства класса II (без третьего заземляющего контакта на штепселе переменного тока) имеют более строгие характеристики утечки, они являются решением, к которому, похоже, стремится большинство дизайнеров; Эти устройства могут соответствовать требованиям EMI без Y-конденсаторов.