Was macht der Y-Kondensator in einem SMPS?

Es scheint , dass ein gut konzipiertes SMPS weist einen Kondensator , der die Masse - Ebenen der Primär- und Sekundärseite des Transformators, wie beispielsweise der C13 Kondensator verbindet hier . Was ist der Zweck dieses Kondensators?

Ich habe verstanden, dass es sich um eine EMI-Unterdrückung handelt, aber welche Art von EMI wird unterdrückt und wie? Es scheint mir das einzige Bein eines offenen Stromkreises zu sein und damit völlig träge, aber da irre ich mich offensichtlich.

Schaltnetzteile verwenden einen sogenannten "Sperrwandler" zur Spannungsumwandlung und galvanischen Trennung. Eine Kernkomponente dieses Wandlers ist ein Hochfrequenztransformator.

Praktische Transformatoren haben eine gewisse Streukapazität zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Diese Kapazität wirkt sich auf den Schaltvorgang des Wandlers aus. Wenn keine andere Verbindung zwischen Eingang und Ausgang besteht, entsteht eine hochfrequente Spannung zwischen Ausgang und Eingang.

Dies ist aus EMV-Sicht wirklich schlecht. Die Kabel des Power Bricks fungieren nun im Wesentlichen als Antenne, die die durch den Schaltvorgang erzeugte Hochfrequenz überträgt.

Zur Unterdrückung des hochfrequenten Gleichtakts ist es erforderlich, Kondensatoren zwischen die Eingangs- und Ausgangsseite der Stromversorgung mit einer Kapazität zu schalten, die wesentlich höher ist als die Kapazität im Flyback-Transformator. Dies schließt die Hochfrequenz effektiv kurz und verhindert, dass sie aus dem Gerät austritt.

Wenn wir ein (nicht geerdetes) Netzteil der Klasse 2 entwerfen, haben wir keine andere Wahl, als diese Kondensatoren an den Eingang "Live" und / oder "Neutral" anzuschließen. Da der größte Teil der Welt ungeerdeten Steckdosen keine Polarität aufzwingt, müssen wir davon ausgehen, dass einer oder beide der "aktiven" und "neutralen" Klemmen eine gegen Erde sinifikante Spannung haben können, und wir haben normalerweise ein symmetrisches Design wie eine "am wenigsten schlechte Option". Wenn Sie daher die Leistung eines Netzteils der Klasse 2 relativ zur Netzerde mit einem hochohmigen Messgerät messen, sehen Sie normalerweise etwa die Hälfte der Netzspannung.

Das bedeutet, dass wir bei einem Netzteil der Klasse 2 einen schwierigen Kompromiss zwischen Sicherheit und EMV eingehen müssen. Das Vergrößern der Kondensatoren verbessert die EMV, führt aber auch zu einem höheren "Berührungsstrom" (dem Strom, der durch jemanden oder etwas fließt, der den Ausgang des Netzteils und die Netzerde berührt). Dieser Kompromiss wird problematischer, wenn das Netzteil größer wird (und daher die Streukapazität im Transformator größer wird).

Bei einem (geerdeten) Netzteil der Klasse 1 können wir die Netzerde als Barriere zwischen Eingang und Ausgang verwenden, indem wir entweder den Ausgang mit der Netzerde verbinden (wie es bei Desktop-PC-Netzgeräten üblich ist) oder indem wir zwei Kondensatoren verwenden, einen vom Ausgang zum Netz erde und eins von der netzerde zum eingang (das ist, was die meisten laptop power bricks tun). Dies vermeidet das Berührungsstromproblem, während weiterhin ein Hochfrequenzpfad zur Steuerung der EMV bereitgestellt wird.

Ein Kurzschlussfehler dieser Kondensatoren wäre sehr schlimm. In einem Netzteil der Klasse 1 würde ein Ausfall des Kondensators zwischen Netzversorgung und Netzerde einen Erdschluss bedeuten (entspricht einem Ausfall der "Basisisolierung"). Dies ist schlecht, aber wenn das Erdungssystem funktionsfähig ist, sollte es keine große direkte Gefahr für den Benutzer darstellen. In einem Netzteil der Klasse 2 ist ein Ausfall des Kondensators viel schlimmer. Dies würde ein direktes und ernstes Sicherheitsrisiko für den Benutzer bedeuten (gleichbedeutend mit einem Ausfall oder einer "doppelten" oder "verstärkten" Isolierung). Um Gefahren für den Benutzer zu vermeiden, müssen die Kondensatoren so ausgelegt sein, dass ein Kurzschlussfehler sehr unwahrscheinlich ist.

Daher werden für diesen Zweck spezielle Kondensatoren verwendet. Diese Kondensatoren werden als "Y-Kondensatoren" bezeichnet (X-Kondensatoren werden dagegen zwischen Netzstrom und Netznullpunkt verwendet). Es gibt zwei Hauptuntertypen von "Y-Kondensator", "Y1" und "Y2" (wobei Y1 der Typ mit der höheren Nennleistung ist). Im Allgemeinen werden Y1-Kondensatoren in Geräten der Klasse 2 verwendet, während Y2-Kondensatoren in Geräten der Klasse 1 verwendet werden.

Bedeutet dieser Kondensator zwischen der Primär- und der Sekundärseite des SMPS, dass der Ausgang nicht isoliert ist? Ich habe Laborversorgungen gesehen, die in Reihe geschaltet werden können, um die doppelte Spannung zu erzeugen. Wie machen sie das, wenn es nicht isoliert ist?

Bei einigen Netzteilen sind die Ausgänge fest mit der Erde verbunden. Natürlich können Sie kein Paar Netzteile mit demselben Ausgang, der fest mit der Erde verbunden ist, in Reihe schalten.

Andere Netzteile sind nur kapazitiv vom Ausgang zum Eingang oder zur Netzerde gekoppelt. Diese können in Reihe geschaltet werden, da Kondensatoren Gleichstrom sperren.

Aufgrund meiner Erfahrung als Elektroniker habe ich festgestellt, dass viele professionelle Netzteile der Klasse II aufgrund des vorhandenen Y-Kondensators einen Leckstrom von ca. 80 V Wechselstrom gegen Erde aufweisen. Die IEE erlaubt einen Leckstrom von <85uA für nichtmedizinische Geräte. Dies kann jedoch zu Problemen mit Audiokreisen führen. Ich habe einige Fälle von Brummen in der Erdschleife gesehen, wenn ein Laptop an einen Audioverstärker angeschlossen ist oder wenn Bühneneffekte an eine PA angeschlossen sind. Ich persönlich habe einen leichten, aber unangenehmen Schlag von einem Mikrofon aufgrund der Leckage von einem SMPS erfahren. Meine anfängliche Lösung bestand darin, die Y-Kondensatoren zu entfernen und einen Erdungsanschluss anzubringen, aber ich baute schließlich meine eigenen linearen Netzteile unter Verwendung eines Torus. So weit wie "Stapeln"

Die Frage von OP direkt beantworten; Die Verwendung von Y-Kondensatoren, obwohl sie in der Vergangenheit dem Standard der Technik entsprachen, sollte in neuen Konstruktionen wahrscheinlich vermieden werden. Ein neuer technischer Kompromiss für die Verwendung von Y-Kondensatoren ist in den letzten zehn Jahren aufgrund der NEC-Anforderungen (US National Electric Code) für die Verwendung von FI-Schutzschaltern und FI-Schutzschaltern entstanden. Diese Leistungsschalter sind für eine Auslösung bei 5 mA Gesamtmassestrom für alle Wechselstromsteckdosen in einem Zweigstromkreis ausgelegt. Das Ermöglichen von 3,5 mA pro Klasse-I-Gerät summiert sich für ein typisches Unterhaltungszentrum im Wohnzimmer oder eine Computer-Workstation ziemlich schnell. Während die aktuellen Leckagestandards dies zulassen, bekommen OEMs immer mehr Beschwerden von Verbrauchern, dass ihr Produkt "meinen Schalter auslöst, ich will, dass es repariert".https://www.fluke.com/de-de/learn/blog/grounding/chasing-ghost-trips-in-gfci-protected-circuits . Die NEC-Anforderungen sind in den letzten zehn Jahren gestiegen, und viele Bundesstaaten und Städte nehmen sie erst jetzt vollständig auf. Geräte der Klasse II (kein dritter Erdungsstift am Netzstecker) weisen strengere Leckspezifikationen auf, sind jedoch die Lösung, auf die sich die meisten Designer zu bewegen scheinen. Diese Geräte sind in der Lage, die EMI-Spezifikationen ohne Y-Kondensatoren zu erfüllen.