Apa yang dilakukan kapasitor Y di SMPS?

Tampaknya SMPS yang dirancang dengan baik memiliki kapasitor yang menghubungkan bidang tanah dari sisi primer dan sekunder transformator, seperti kapasitor C13 di sini . Apa tujuan dari kapasitor ini?

Saya membiarkan diri saya mengerti bahwa ini untuk penindasan EMI, tetapi jenis EMI apa yang ditekannya, dan bagaimana? Sepertinya saya menjadi satu-satunya kaki dari sirkuit terbuka dan dengan demikian benar-benar lembam, tapi jelas saya salah tentang itu.

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 batu bata daya sekarang pada dasarnya bertindak sebagai antena yang mentransmisikan frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh proses switching.

Untuk menekan mode umum frekuensi tinggi 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 berasumsi 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 ke bumi 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 pembumian 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 baik dengan menghubungkan keluaran ke pembumian induk (seperti yang umum di PSU PC desktop) atau dengan menggunakan dua kapasitor, satu dari keluaran ke keluaran. earth dan satu dari mains earth 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.

Kegagalan hubung singkat kapasitor ini akan sangat buruk. Dalam kelas 1 PSU, kegagalan kapasitor antara suplai utama dan arde utama akan berarti pendek ke arde, (setara dengan kegagalan isolasi "dasar"). Ini buruk, tetapi jika sistem pentanahan berfungsi tidak seharusnya menjadi bahaya langsung utama bagi pengguna. Dalam PSU kelas 2, kegagalan kapasitor jauh lebih buruk, itu berarti bahaya keselamatan langsung dan serius bagi pengguna (setara dengan kegagalan atau isolasi "ganda" atau "diperkuat"). Untuk mencegah bahaya bagi pengguna, kapasitor harus dirancang sehingga kegagalan korsleting sangat tidak mungkin.

Jadi kapasitor khusus digunakan untuk tujuan ini. Kapasitor ini dikenal sebagai "kapasitor Y" (kapasitor X di sisi lain digunakan antara hantaran listrik utama dan netral). Ada dua subtipe utama dari "kapasitor Y", "Y1" dan "Y2" (dengan Y1 menjadi tipe dengan peringkat lebih tinggi). Secara umum kapasitor Y1 digunakan dalam peralatan kelas 2 sedangkan kapasitor Y2 digunakan pada peralatan kelas 1.

Jadi apakah kapasitor antara sisi primer dan sekunder dari SMPS berarti bahwa output tidak terisolasi? Saya telah melihat persediaan lab yang dapat dihubungkan secara seri untuk membuat tegangan dua kali lipat. Bagaimana mereka melakukan itu jika tidak diisolasi?

Beberapa catu daya memiliki output mereka yang terhubung ke bumi. Jelas Anda tidak dapat mengambil sepasang catu daya yang memiliki terminal output yang sama yang terhubung ke bumi dan membuatnya seri.

Catu daya lain hanya memiliki kopling capaktif dari output ke input atau ke sumber utama. Ini dapat dihubungkan secara seri karena kapasitor memblokir DC.

Dalam pengalaman saya sebagai insinyur elektronik, saya telah menemukan cukup banyak catu daya kelas II profesional mengalami kebocoran sekitar 80v AC ke ground karena kehadiran kapasitor Y. IEE memungkinkan kebocoran arus <85uA untuk peralatan non-medis. Namun hal itu dapat menyebabkan masalah dengan sirkuit audio. Saya telah melihat beberapa contoh dengung ground-loop ketika laptop terhubung ke amplifier audio atau ketika efek di atas panggung terhubung ke PA. Saya pribadi telah mengalami kejutan ringan namun tidak menyenangkan dari mikrofon karena kebocoran dari SMPS. Solusi awal saya adalah menghapus kapasitor Y dan memasang koneksi ground tetapi saya akhirnya membangun PSU linier saya sendiri menggunakan toroidal. Sejauh "menumpuk"

Untuk langsung menjawab pertanyaan OP; penggunaan kapasitor Y, sementara sesuai dengan praktik teknik standar di masa lalu, mungkin harus dihindari dalam desain baru. Tradeoff teknik baru untuk penggunaan kapasitor Y telah muncul dalam dekade terakhir ini, karena persyaratan NEC (US National Electric Code) untuk penggunaan pemutus sirkuit GFCI dan AFCI. Pemutus ini dirancang untuk trip pada arus ground total 5 mA untuk semua outlet AC pada sirkuit cabang. Jelas, memungkinkan 3,5 mA per perangkat kelas I bertambah cukup cepat untuk pusat hiburan ruang tamu biasa atau workstation komputer. Sementara standar kebocoran saat ini memungkinkan ini, OEM mendapatkan semakin banyak keluhan konsumen bahwa produk mereka "menjatuhkan saya, saya ingin itu diperbaiki"https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/grounding/chasing-ghost-trips-in-gfci-protected-circuits . Persyaratan NEC telah meningkat selama dekade terakhir, dan banyak Negara Bagian dan Kota baru sekarang sepenuhnya memasukkannya. Sementara perangkat kelas II (tidak ada landasan ground ketiga pada steker AC) memiliki spesifikasi kebocoran yang lebih ketat, mereka adalah solusi yang sebagian besar perancang tampaknya akan bergerak ke arah; perangkat ini mampu memenuhi spesifikasi EMI tanpa kapasitor Y sama sekali.