絶縁ケースとガルバニック分離を備えた電源ユニットに接地電源コードが必要なのはなぜですか?


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最近、プラスチック製のケースで通常のスイッチモード電源ブリック(50ワット以上の電力ではなく小型で軽量)のように見えますが、3線ケーブル(位相+中性+接地)を備えた外部IBMラプター電源を目撃しましたそれ自体と主電源。

プラスチックケースのスイッチモード電源で使用される3線ケーブルを見るのはかなりまれです。通常、ケースは金属製でケーブルが3本のワイヤであるか、プラスチック製でケーブルが2本のワイヤである場合です。

スイッチモード電源にはガルバニック分離があるように見えます。また、ユニットには絶縁性のプラスチックケースがありました。そのため、何らかの種類の短絡がある場合、主電源線がケースの外面に電圧を誘導することは不可能です。

絶縁プラスチックケースを備えたスイッチモード電源の接地ケーブルの理由は何ですか?

回答:


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以下は、AC / DC電源EMIフィルタの一般的な回路図です。

ここに画像の説明を入力してください

Xコンデンサ(ラインとニュートラルの間)とコモンモードインダクタの漏れインダクタンスが差動ノイズ除去を提供し、Yコンデンサと組み合わされたCMチョークインダクタンスがコモンモードノイズ除去を提供することがわかります。

また、出力リターンが直接アースに接続されていても驚かないでしょう。


通常、デバイス側ではなく、バランのライン側でグランドへのコンデンサを見てきましたが、これはなぜグランドラインが必要なのかを示しています。ただし、入力抵抗のポイントは表示されません。
オリンラスロップ

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抵抗器は、ユニットがVpeakまたはその近くで接続されていない場合、おそらく3つの並列コンデンサを放電します。電子機器または関連する負荷によっては、負荷を持たないようにして、キャップを充電したままにすることができます。タッチ入力ピンは適度に不快な衝撃を受けます。私は実際にこれが起こった機器を見てきました(そして感じました)。1つの例は、直列コンデンサトランスレス電源を使用してオフラインで充電するトーチです。充電後すぐにmaisピンをタッチすると... !!!
ラッセルマクマホン

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素晴らしいですが、そのEMIが必要ですか?多かれ少なかれ同じ電力のブリックに電力を供給し、それらのほとんどが2線ケーブルを受け入れることを見てきました。
sharptooth

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IIRC、米国、およびカナダの安全基準では、ACを取り外してから30秒以内にラインのコンデンサを放電する必要があります。抵抗器がこのパスを提供します。
アダムローレンス

この説明は一部のデバイスには当てはまりますが、OPの状況に合わないと思います(私の答えを参照)
Peter Green

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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です。現在、電源ブリックからのケーブルは、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本質的に機能しています。

高周波コモン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(非接地)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。世界の大部分では、アースされていない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なり、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の間の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が大きくなるにつれて問題が大きくなります(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、出力を主接地(デスクトップPSUで一般的)に接続するか、出力から主接地までの2つのコンデンサを使用することにより、主接地を入力と出力の間のバリアとして使用できます。そして、メインアースから入力まで1つです(これはほとんどのラップトップの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。

それでは、なぜ最近では有名なベンダーのラップトップPSUがかつて使用されていなかったクラス1なのでしょうか?(そして、安いがらくたがしばしばまだそうでないとき)私は確かに知りません、しかし、私はそれの組み合わせであることを期待します。

  1. 法的制限以下のタッチ電流でさえ問題になる可能性があります。一部の人々は、異常に電気に敏感であり、法定限度以下の電流を感じることができます。また、一部の電子機器は、ホットプラグ中に法定タッチ電流制限を下回る電流によって損傷を受ける可能性があります。
  2. EMC規制は長年にわたって厳しくなりました。

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回路図がなければ、わかりにくいです。ただし、グラウンドリードは、EMIフィルタで使用される可能性が最も高いです。おそらく、回路の残りの部分に進む前に、電源入力にバラン(コモンモードチョーク)があります。これはコモンモード信号のインピーダンスを上げますが、それ自体は何らかの負荷なしではそれらを減衰させません。その負荷は、バランの外側の2本の電源リードのそれぞれのグランドへのコンデンサになります。


誰もこれを否定した人は、あなたが間違っていると思うことを説明してください。私はこれを読み直し、それでも少なくとも1つの可能な有効な説明だと思います。
オリンラスロップ

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最新のパワーパックの低電圧出力に触れたときに「ニップ」があったことはありますか?
これは迷惑であり、機器を破壊する可能性があります。
その理由は、質問で説明されているシステムが実装されているが、適切に使用されていないためです。

Madmanguramの図とコメントに注意する必要があります。

Madmanguramは素晴らしいイラストを提供してくれました。
コメントre出力リターンも接地されていることに注意してください。これは時々行われますが、実際には、アース線が接地されていない場合の完全な災害です。たとえば、2線コードが使用されています。

ローカルグランド=コンデンサのセンタータップは、真のグランドに対してメインの半分になりました。つまり、230VACシステムでは約115 Vです。供給された機器全体が地上の半分の本管に浮く。通常、2つのキャップはそれぞれ0.001 uFであるため、インピーダンスは2つのキャップが並列になっています。
Z〜= 2 /(2.Pi.fc)または約5メガオームで、約10〜20 uAのリーク電流が発生します。これは多くのように聞こえませんが、体が接地されているときにVoutに触れると、指などに不快な「噛み付き」が生じます-電圧レベルのために-そして物事を爆破するのに十分なエネルギーを得るために浮遊容量を喜んで充電します-これは間違いなく起こります。

解決策は、アース線を接地することです。

最悪なのは、製造元がセンタータップを負の出力に接続してから、接地導体の使用を許可しない場合です。あなたは半分のメインフロート機器を取得し、それを修正する簡単な方法はありません。実行するか、電源コードの外側の接地接続を使用する必要がある厄介な結果。


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はい、電源アダプタは完全に絶縁されていますが、電源アダプタから電力が供給されるデバイスには導電部品が露出している可能性があり、誤動作した場合に危険な電圧がかかる可能性があります。または、通常の漏れ電流のために、低いが不快な電圧がかかる場合があります。ガルバニック絶縁では、容量性リーク電流を完全に回避することはできません。

(実際には、例えば外科用デバイスのように、巻線間に接地されたスクリーンがあれば可能ですが、明らかにこれには接地線が必要です。)

他の回答がスイッチモードの電源アダプタの内部動作にそれほど注意を払っている理由がわかりません。明らかに、すべてのデザインはガルバニック絶縁を特徴としています。以前は、50 Hz(米国:60 Hz)の2巻線トランス。現在、トランスははるかに高い周波数で動作し、それに応じてより小さく、より軽くなりますが、それはポイントではありません。

アース線は単なるオプションです。接地された壁コンセントを使用している場合にのみ有効です。接地されていない壁のコンセントでは何もしません。接地されていない壁コンセントは、コンクリートの床ではなく木製の床のあるリビングルームなど、通電中の電圧に触れてもすぐに死亡しない場所にのみ使用してください。しかし、今日では、ほぼすべての場所に接地されたコンセントがあります。

また、コンセントのアースは、デバイスの不快な小さな電圧を完全に除去できない可能性があることに注意してください。このアースは、安全のために設計されており、感電する前にヒューズを飛ばすためのものですが、ゼロボルトを保証するためのものではありません。接地線の抵抗、およびインダクタンスも依然として重要です。たとえば、17インチCRTモニターでVGAケーブルを扱うとき、接地されたコンセントであっても、「内部の10.000ボルトからの容量性リークのために」「くすぐったい」電圧がしばしば発生しました。(17インチ?それらのモニターはとても大きく、高価で、重かった。今では安価な23インチ、27インチ、UHDなどの軽量の...)


チューブからの高電圧(10kV以上)の加速電圧がVGAピンを介して漏れることはほとんどありませ。それは短い順序でモニターを破壊するでしょう。線間電圧からVGAケーブルのシェルの接地への何らかの漏れが発生しています。
JRE

@JRE「くすぐり」を感じた場合、5 V程度の「低」電圧にはなりません。数千ボルトの可能性が高くなります。カーペットの上を歩くと簡単に手に入ります。CRTには高電圧があり、容量結合がいたるところにあるので、...はい、適切に設計されていないと、静電気が電子機器を損傷する可能性があります。しかし、ここでの質問はアース線の目的であり、私のポイントは、アース線が常に「くすぐる」電圧から保護するわけではないということです。実際、専門用語は通常、安全のために「接地」され、静電気を除去するために「結合」されています。
ローランド

5Vからだとは言いませんでした。私はそれがライン電圧からの漏れが言った(120VACまたは240VACがお住まいの地域によって異なります。)
JRE

CRT の画面に触れて、わずかな「ザップ」が聞こえる場合、それは加速電圧に起因する可能性があります。外部からアクセス可能な導体に加速電圧がかかるような経路がモニター内に存在しないようにしてください。
JRE

@JREいくつかのAブランド(Sonyなど)のCRTモニターのVGAコネクタには、明らかに迷惑な電圧がありました。実際、そうすべきではありませんが、特に高電圧が周囲にある場合、容量性カップリングを避けることは明らかに困難です。それ以外の場合、迷惑な電圧は無害だと思います。私を殺すのに十分なエネルギーがなく、PCやモニターに損傷が発生するのを見たことはありません。結論は、PCとモニターに接地ケーブルとコンセントを使用しても、非常に高い値の迷惑な電圧が常に除去されるわけではないということです。
ローランド
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