SMPS Aislamiento de tierra
Hemos visto muchos casos de personas que sufren pequeñas descargas eléctricas durante la manipulación de equipos periféricos como routers WiFi, módems, reproductores de CD, etc ... Este problema por lo general proviene de los adaptadores de corriente aislados de tierra, principalmente en modo conmutado de alimentación (SMPS).
SMPS tienen muchas ventajas en comparación con las fuentes de alimentación de CC basadas en transformadores. Son más pequeños, más ligeros, y generan mucho menos calor que las fuentes de alimentación convencionales. También pueden dar un control muy preciso de tensiones de salida. También son baratos! Sin embargo, no proporcionan el aislamiento como una fuente de alimentación con transformador hace!
Muchos SMPS, como las que se usan para las computadoras de escritorio, computadoras portátiles y muchos otros dispositivos tienen un conector de alimentación de 3 pines. Dentro de la SMPS el conductor de tierra está conectado a la salida de-V CC (tierra fría) ya sea directamente o a través de los circuitos de filtrado. Esos no causarán ningún riesgo eléctrico. Sin embargo, también hay muchos SMPS por ahí que están equipados con un enchufe de dos clavijas (a veces la tercera clavija (tierra) es de plástico!). Esto significa que la salida se supone que es flotante (poco o ningún potencial de la tierra). Desafortunadamente esto no es así, hay una diferencia de potencial entre la salida y la tierra eléctrico que, si no mortal, puede crear una serie de inconvenientes.
Por ejemplo, se trata de un adaptador de corriente de dos pines de un router Wi-Fi. El destornillador prueba muestra que hay suficiente tensión en el enchufe DC para la pequeña luz de neón que brillan. Conectar un voltímetro de CA entre este punto y la tierra eléctrica mostrará un voltaje de alrededor de 80 VAC. Esto está por encima de lo que se considera como un voltaje de seguridad en muchos países (Por lo general, 50 V) y suficiente para causar una pequeña descarga eléctrica. La corriente que esta fuente inesperada puede producir es mayor la resistencia interna es alta. Podemos medirla mediante la conexión de un medidor miliampere CA entre estos dos motivos. El valor medido fue de 0,15 mA. No es suficiente para matar a alguien (en condiciones normales), pero que podría dañar los componentes electrónicos sensibles. He probado varios adaptadores SMPS diferentes, todos producen resultados similares.
La pregunta es ¿por qué es así? En una SMPS típicos de la primaria (alta tensión) y secundaria (baja tensión) están aislados a través de un transformador reductor. La realimentación desde el secundario al primario está aislado a través de un opto-acoplador. Siempre habrá acoplamiento capacitivo e inductivo deseado entre primario y secundario, pero no de esta magnitud. Entonces, ¿dónde está el culpable?
Para investigar más a fondo, vamos a abrir la caja de uno de los SMPS I medidos. El que yo elegí es el que se tiene doble aislamiento. Una clase II o doble aparato eléctrico aislado es uno que ha sido diseñado de tal manera que no requiere una conexión de seguridad a la tierra eléctrica (tierra). El requisito básico es que no solo fallo puede dar lugar a tensiones peligrosas convertirse expone lo que podría causar una descarga eléctrica y que esto se logra sin depender de una carcasa metálica puesta a tierra ...
En cuanto a la PCB se puede ver que el primario y secundario están claramente separados.Cuenta con un transformador, un optoacoplador y la brecha en el PCB, norma a todos los SMPS. Sin embargo, un componente extra se conecta entre el primario y el circuito secundario, a través de la zona de aislamiento. Este es el famoso (azul) Y capacitor. En este SMPS particular, el valor del condensador Y es 3.300 pF ... Se conecta entre la tierra caliente y la tierra fria de la SMPS. La tierra caliente (primario) de tensión generalmente se encuentra a medio camino entre la vida y neutral, es decir, 120 V AC. La reactancia (resistencia de CA) de un condensador de 3.300 pF a 50 Hz es de 965 kW. Así la tierra fría de nuestros SMPS, es como una fuente de tensión de 120 VAC con una resistencia interna de 965 kW. La corriente de cortocircuito sería 0,12 mA. Lo suficientemente cerca de lo que mide.
Los condensadores "Y", son un tipo especial de condensadores, probados y certificados por los organismos de seguridad. Por lo general, de tipo cerámico, se auto-curación y su modo de fallo es de circuito abierto en lugar de un cortocircuito como la mayoría de otros tipos de condensadores serían. Condensadores y se utilizan en SMPS para proporcionar una vía de retorno (básicamente un cortocircuito) para el ruido de alta frecuencia que se transfiere, principalmente por acoplamiento capacitivo, entre primario y secundario. Sin el condensador Y los SMPS probablemente no pasar las pruebas de cumplimiento de EMC (Compatibilidad Electromagnética).
Las dos fotos de abajo muestran la tensión entre la salida de DC y la tierra eléctrica con el condensador conectado y después de desconectar el condensador.
Con el condensador conectado tenemos una fuerte señal de 50 Hz (de alguna manera distorsionada) de más de 300 V pico a pico. Desconectar el condensador y esta señal disminuye significativamente. Otras mediciones muestran que la corriente de cortocircuito se redujo a unos pocos amperios micro y la lámpara destornillador prueba no se enciende más. Esto parece mucho más seguro. Sin embargo, podemos ver una señal de alta frecuencia que no estaba allí antes.Esta señal sería visto como EMI conductora (Interferencias electromagnéticas) y dejaría las SMPS durante las pruebas de cumplimiento de EMC. Eso es lo que el condensador Y es aquí, para interrumpir la señal.
Así que el condensador y resuelve un problema creando otro. Como se mencionó al principio de este artículo, el choque eléctrico no puede armar usted, pero puede dañar los componentes sensibles. Cuando se conecta un dispositivo alimentado con uno de esos adaptadores SMPS, en el equipo de tierra se pueden ver una pequeña chispa, mucho miedo, si el equipo de puesta a tierra es tu computadora portátil y el enchufe que se conecta a un puerto USB! Algunos fabricantes ponen una advertencia en sus equipos para decir que se dañe o dañar otro equipo a menos que esté todo conectado antes de que esté conectada a la red eléctrica. Este es sin duda un buen consejo, pero sería una mejor idea tener todos los adaptadores SMPS puestas a tierra a través de un conector de alimentación de 3 pines. Obviamente, esto no está en las especificaciones de diseño de la mayoría de los fabricantes!
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