SMPSのYコンデンサは何をしますか？

適切に設計されたSMPSには、トランスの1次側と2次側のグラウンドプレーンを接続するコンデンサがあります（C13コンデンサなど）。このコンデンサの目的は何ですか？

私はそれがEMI抑制のためであることを自分に理解させましたが、どのようなEMIを抑制しますか、そしてどのように？私は開回路の唯一の足であり、したがって完全に不活性であるように見えますが、明らかに私はそれについて間違っています。

スイッチモード電源は、「フライバックコンバーター」と呼ばれるものを使用して、電圧変換とガルバニック絶縁を提供します。このコンバーターのコアコンポーネントは、高周波トランスです。

実用的なトランスには、一次巻線と二次巻線の間に浮遊容量があります。この容量は、コンバータのスイッチング動作と相互作用します。入力と出力の間に他の接続がない場合、出力と入力の間に高周波電圧が発生します。

これは、EMCの観点からは本当に悪いことです。電源ブリックからのケーブルは、基本的に、スイッチングプロセスによって生成された高周波を送信するアンテナとして機能しています。

高周波同相モードを抑制するには、電源の入力側と出力側の間に、フライバックトランスの容量よりも大幅に大きい容量のコンデンサを配置する必要があります。これにより、高周波が効果的に短絡され、デバイスから漏れるのを防ぎます。

クラス2（アースなし）PSUを設計する場合、これらのコンデンサを入力「ライブ」および/または「ニュートラル」に接続する以外に選択肢はありません。世界の大部分は非接地ソケットに極性を強制しないため、「ライブ」および「ニュートラル」端子のいずれかまたは両方がアースに対して重大な電圧にあると仮定する必要があり、通常、次のような対称設計になります。 「最も悪いオプション」。そのため、高インピーダンスメーターを使用して、主電源アースに対するクラス2 PSUの出力を測定すると、通常、主電源電圧の約半分が表示されます。

つまり、クラス2のPSUでは、安全性とEMCの間で難しいトレードオフがあります。コンデンサを大きくすると、EMCが向上しますが、「タッチ電流」（PSUおよびメインアースの出力に触れる人または何かに流れる電流）も高くなります。このトレードオフは、PSUが大きくなると、より問題になります（したがって、トランスの浮遊容量が大きくなります）。

クラス1（接地）PSUでは、出力を主電源アース（デスクトップPC PSUで一般的）に接続するか、出力から主電源までの2つのコンデンサを使用して、主電源アースを入力と出力の間のバリアとして使用できますアースと電源アースから入力へのアース（これはほとんどのラップトップ電源ブリックが行うことです）。これにより、EMCを制御するための高周波パスを提供しながら、タッチ電流の問題を回避できます。

これらのコンデンサの短絡故障は非常に悪いでしょう。クラス1 PSUでは、主電源と主アース間のコンデンサの故障は、アースへの短絡を意味します（「基本」絶縁の故障と同等）。これは悪いことですが、アースシステムが機能していれば、ユーザーにとって直接的な大きな危険にはなりません。クラス2のPSUでは、コンデンサーの故障はさらに悪化し、ユーザーにとって直接的かつ重大な安全上の危険（故障または「二重」または「強化」絶縁に相当）を意味します。ユーザーへの危険を防ぐため、コンデンサは短絡障害が非常に起こりにくいように設計する必要があります。

そのため、この目的のために特別なコンデンサが使用されます。これらのコンデンサーは「Yコンデンサー」として知られています（一方、Xコンデンサーは主電源と主電源ニュートラルの間で使用されます）。「Yコンデンサ」には、「Y1」と「Y2」の2つの主要なサブタイプがあります（Y1がより高い定格のタイプです）。一般に、クラス2機器ではY1コンデンサが使用され、クラス1機器ではY2コンデンサが使用されます。

それでは、SMPSの一次側と二次側の間のコンデンサは、出力が絶縁されていないということですか？直列に接続して電圧を2倍にすることができるラボ用品を見てきました。それが分離されていない場合、彼らはそれをどのように行いますか？

一部の電源は、出力がアースにハード接続されています。明らかに、同じ出力端子がアースにハード接続されているペアの電源を取り、それらを直列に配置することはできません。

他の電源は、出力から入力または電源アースへの静電結合のみを備えています。コンデンサはDCをブロックするため、これらは直列に接続できます。

電子技術者としての私の経験では、プロのクラスII電源の多くは、Yコンデンサの存在により、グラウンドへのAC 80v程度の漏れがあることがわかりました。IEEは、非医療機器に対して85uA未満の漏れ電流を許容します。ただし、オーディオ回路に問題を引き起こす可能性があります。ラップトップがオーディオアンプに接続されているとき、またはステージ上のエフェクトがPAに接続されているとき、グラウンドループのハム音のいくつかのインスタンスを見てきました。私は個人的に、SMPSからの漏れのために、マイクからの軽いが不快なショックを経験しました。私の最初の解決策は、Yコンデンサを取り外してグランド接続を取り付けることでしたが、最終的にトロイダルを使用して独自のリニアPSUを構築しました。「スタッキング」に関する限り

OPの質問に直接回答するため。Yコンデンサの使用は、過去の標準的なエンジニアリング手法に準拠していますが、おそらく新しい設計では避けてください。NEC（US National Electric Code）のGFCIおよびAFCIサーキットブレーカの使用要件により、Yコンデンサの使用に関する新しい技術的なトレードオフが過去10年ほどで現れました。これらのブレーカーは、分岐回路上のすべてのACコンセントで合計5 mAの接地電流でトリップするように設計されています。明らかに、クラスIデバイスごとに3.5 mAを許容すると、一般的なリビングルームのエンターテイメントセンターやコンピューターワークステーションでかなり急速に増加します。現在の漏れ基準によりこれが可能になりますが、OEMは製品が「私のブレーカーを削り、修正したい」という消費者の不満をますます受けています。https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/grounding/chasing-ghost-trips-in-gfci-protected-circuits。NECの要件は過去10年間で増加しており、多くの州および都市では現在、この要件が完全に組み込まれています。クラスIIデバイス（ACプラグに3番目の接地ピンはありません）には、より厳しいリーク仕様がありますが、ほとんどの設計者が目指しているソリューションです。これらのデバイスは、Yコンデンサをまったく使用せずにEMI仕様を満たすことができます。