Зачем блоку питания с изолирующим корпусом и гальванической развязкой кабель питания с заземлением?

Ниже приведена типичная схема фильтра электромагнитных помех источника питания переменного/постоянного тока.

Вы можете видеть, что X-конденсаторы (между линией и нейтралью) плюс индуктивность рассеяния синфазной катушки индуктивности дают подавление дифференциального шума, а индуктивность дросселя CM в сочетании с Y-конденсаторами дает подавление синфазного шума.

Я также не удивлюсь, если обратный выход напрямую подключен к земле.

В импульсных источниках питания используется так называемый «обратноходовой преобразователь», обеспечивающий преобразование напряжения и гальваническую развязку. Основным компонентом этого преобразователя является высокочастотный трансформатор.

Практические трансформаторы имеют некоторую паразитную емкость между первичной и вторичной обмотками. Эта емкость взаимодействует с переключением преобразователя. Если нет другого соединения между входом и выходом, это приведет к высокочастотному напряжению между выходом и входом.

Это очень плохо с точки зрения ЭМС. Кабели от силового блока теперь по существу действуют как антенна, передающая высокую частоту, генерируемую в процессе переключения.

Для подавления высокочастотного синфазного сигнала необходимо между входом и выходом источника питания поставить конденсаторы с емкостью, существенно превышающей емкость обратноходового трансформатора. Это эффективно закорачивает высокие частоты и предотвращает их выход из устройства.

При проектировании блока питания класса 2 (незаземленного) у нас нет другого выбора, кроме как подключить эти конденсаторы к входу «под напряжением» и/или «нейтралью». Поскольку в большинстве стран мира не применяется полярность незаземленных розеток, мы должны предположить, что одна или обе клеммы «под напряжением» и «нейтраль» могут находиться под значительным напряжением по отношению к земле, и мы обычно получаем симметричную конструкцию, как «наименее плохой вариант». Вот почему, если вы измерите выходную мощность блока питания класса 2 относительно земли сети с помощью измерителя высокого импеданса, вы, как правило, увидите около половины сетевого напряжения.

Это означает, что в блоке питания класса 2 у нас есть сложный компромисс между безопасностью и электромагнитной совместимостью. Увеличение емкости конденсаторов улучшает ЭМС, но также приводит к более высокому «току прикосновения» (току, который будет протекать через кого-то или что-то, кто касается выхода блока питания и заземления сети). Этот компромисс становится более проблематичным по мере того, как блок питания становится больше (и, следовательно, паразитная емкость в трансформаторе становится больше).

В блоке питания класса 1 (с заземлением) мы можем использовать сетевое заземление в качестве барьера между входом и выходом, либо подключив выход к сетевому заземлению (как это принято в настольных блоках питания), либо используя два конденсатора, один от выхода к сети. и один от заземления сети к входу (это то, что делает большинство блоков питания ноутбуков). Это позволяет избежать проблемы с током прикосновения и в то же время обеспечивает высокочастотный тракт для контроля ЭМС.

Так почему же сегодня блоки питания для ноутбуков от крупных уважаемых поставщиков относятся к классу 1, хотя раньше их не было? (а когда дешёвого дерьма часто ещё нет) Точно не знаю, но предполагаю, что это комбинация.

1. Даже токи прикосновения ниже допустимых пределов могут быть проблематичными. Некоторые люди необычайно чувствительны к электричеству и могут чувствовать силу тока ниже установленного законом предела. Некоторая электроника также может быть повреждена током ниже допустимого предела тока прикосновения во время горячего подключения.
2. Правила ЭМС с годами ужесточились.

Без схемы сложно сказать. Однако провод заземления, скорее всего, используется фильтром электромагнитных помех. Скорее всего, на входе питания есть балун (синфазный дроссель), прежде чем он пойдет на остальную часть схемы. Это повысит импеданс синфазных сигналов, но само по себе не ослабит их без какой-либо нагрузки. Эта нагрузка будет представлять собой конденсатор, заземленный на каждом из двух выводов питания на внешней стороне балуна.

У вас когда-нибудь было «защемление» при прикосновении к низковольтному выходу современного блока питания?
Это раздражает и потенциально разрушает оборудование.
Причина в том, что система, описанная в вопросе, была реализована, но не использовалась должным образом,

Следует отметить диаграмму и комментарий Мадмангурама.

Мадмангурам предоставил прекрасную иллюстрацию.
Обратите внимание, что комментарий re output return также является обоснованным. Это иногда делается, и когда это происходит, это полная катастрофа, когда заземляющий провод не заземлен, например, используется двухжильный шнур.

Локальное заземление = центральный отвод конденсатора теперь наполовину питает сеть по отношению к истинному заземлению. т.е. около 115 В в системе 230 В переменного тока. Все поставленное оборудование плавает наполовину над землей. Два конденсатора обычно имеют номинал 0,001 мкФ каждый, поэтому импеданс равен двум конденсаторам, включенным параллельно.
Z~= 2/(2·Pi·fc) или примерно 5 МОм, что дает токи утечки примерно от 10 до 20 мкА. Это звучит не так уж и много, но вызывает раздражающие «укусы» пальцев и т. Д. При прикосновении к Vout, когда тело заземлено - из-за уровня напряжения - и радостно заряжает паразитную емкость, чтобы иметь достаточно энергии, чтобы взорвать вещи - что определенно происходит.

Решение состоит в том, чтобы заземлить заземляющий провод.. НО

Хуже всего, когда производители подключают центральный вывод к отрицательному выводу, а затем не учитывают использование заземляющего проводника. Вы получаете оборудование, наполовину плавающее в сети, и нет простого способа его починить. Отвратительный результат, который требует запуска или использования заземления вне шнура питания.

Да, адаптер питания полностью изолирован, но устройство, питающееся от него, может иметь открытые проводящие части, которые в случае неисправности могут находиться под опасным напряжением. Или может нести низкое, но раздражающее напряжение из-за обычных токов утечки. Гальваническая развязка не может полностью исключить емкостные токи утечки.

(На самом деле можно, с заземленным экраном между обмотками, например, для хирургических устройств, но очевидно, что для этого нужен заземляющий провод.)

Я не понимаю, почему другие ответы уделяют так много внимания внутренней работе адаптера питания с переключаемым режимом. Очевидно, что каждая конструкция имеет гальваническую развязку. Раньше был двухобмоточный трансформатор на 50 Гц (США: 60 Гц). В настоящее время трансформатор работает на гораздо более высокой частоте и, соответственно, меньше и легче, но не в этом дело.

Обратите внимание, что заземляющий провод является необязательным. Это приносит пользу только при использовании заземленной настенной розетки. Он ничего не делает на незаземленной сетевой розетке. Незаземленные настенные розетки следует использовать только там, где вас не убьют мгновенно при прикосновении к напряжению, например, в гостиной с деревянным полом вместо бетонного. Но сегодня я вижу розетки с заземлением практически везде.

Также обратите внимание, что заземление розетки не может полностью устранить раздражающее низкое напряжение на вашем устройстве. Это заземление предназначено для безопасности, чтобы сжечь предохранитель до того, как вас ударит током, но не для гарантии нулевого напряжения. Сопротивление заземляющего провода, а также индуктивность могут быть значительными. Например, я часто испытывал «щекотку» напряжения при работе с кабелем VGA на 17-дюймовых ЭЛТ-мониторах, даже на заземленной розетке, вероятно, из-за емкостной утечки от внутренних 10 000 вольт для трубки. (17-дюймовые? Эти мониторы были такими большими, дорогими и тяжелыми. Теперь у нас есть дешевые легкие 23-дюймовые, 27-дюймовые, UHD, ....)