Que fait le condensateur Y dans un SMPS?

Il semble qu'un SMPS bien conçu comporte un condensateur reliant les plans de masse des côtés primaire et secondaire du transformateur, tel que le condensateur C13 ici . Quel est le but de ce condensateur?

Je me suis laissé comprendre que c'était pour la suppression d'EMI, mais quel type d'EMI supprime-t-il et comment? Cela me semble être la seule étape d’un circuit ouvert et donc totalement inerte, mais j’ai manifestement tort.

Les alimentations à découpage utilisent ce qu’on appelle un «convertisseur indirect» pour fournir une conversion de tension et une isolation galvanique. Un composant essentiel de ce convertisseur est un transformateur haute fréquence.

Les transformateurs pratiques ont une capacité parasite entre les enroulements primaire et secondaire. Cette capacité interagit avec l'opération de commutation du convertisseur. S'il n'y a pas d'autre connexion entre l'entrée et la sortie, il en résultera une tension haute fréquence entre la sortie et l'entrée.

C'est vraiment mauvais du point de vue de la CEM. Les câbles du bloc d'alimentation servent maintenant essentiellement d'antenne transmettant la haute fréquence générée par le processus de commutation.

Pour supprimer le mode haute fréquence commun, il est nécessaire de placer des condensateurs entre le côté entrée et le côté sortie de l’alimentation avec une capacité sensiblement supérieure à celle du transformateur de retour. Cela évite efficacement les hautes fréquences et les empêche de s'échapper de l'appareil.

Lors de la conception d'un PSU de classe 2 (non mis à la terre), nous n'avons pas d'autre choix que de connecter ces condensateurs à l'entrée "live" et / ou "neutre". Comme la plupart des gens dans le monde n’imposent pas la polarité aux prises non mises à la terre, nous devons supposer que les bornes "actives" et "neutres" ou les deux peuvent être à une tension anormale par rapport à la terre et que nous aboutissons généralement à une conception symétrique. une "moins mauvaise option". C'est pourquoi, si vous mesurez la sortie d'un PSU de classe 2 par rapport à la terre du secteur avec un mesureur d'impédance élevée, vous verrez généralement environ la moitié de la tension du secteur.

Cela signifie que sur un PSU de classe 2, nous avons un compromis difficile entre sécurité et CEM. Augmenter la taille des condensateurs améliore la CEM, mais génère également un "courant de contact" plus élevé (le courant qui circule dans une personne ou quelque chose qui touche la sortie du bloc d'alimentation et la terre du secteur). Ce compromis devient plus problématique à mesure que l'alimentation augmente (et donc la capacité parasite dans le transformateur devient plus grande).

Sur un PSU de classe 1 (mis à la terre), vous pouvez utiliser la terre du secteur comme barrière entre l’entrée et la sortie, en connectant la sortie à la terre du secteur (comme cela est courant dans les PSU pour PC de bureau) ou en utilisant deux condensateurs, un de la sortie au secteur. la terre et une du secteur à l’entrée (c’est ce que font la plupart des briques d’alimentation pour ordinateur portable). Cela évite le problème du courant de contact tout en fournissant un chemin à haute fréquence pour contrôler la CEM.

Une défaillance de court-circuit de ces condensateurs serait très grave. Dans une alimentation de classe 1, une défaillance du condensateur entre le secteur et la terre entraînerait un court-circuit avec la terre (équivalent à une défaillance de l'isolation "de base"). C'est mauvais, mais si le système de mise à la terre est fonctionnel, il ne devrait pas être un risque direct majeur pour les utilisateurs. Dans une alimentation de classe 2, une défaillance du condensateur est bien pire, cela signifierait un risque de sécurité direct et sérieux pour l'utilisateur (équivalent à une défaillance ou à une isolation "double" ou "renforcée"). Pour éviter tout risque pour l'utilisateur, les condensateurs doivent être conçus de manière à éviter tout risque de court-circuit.

Donc, des condensateurs spéciaux sont utilisés à cette fin. Ces condensateurs sont appelés "condensateurs Y" (les condensateurs X sont utilisés entre le secteur et le neutre du secteur). Il existe deux sous-types principaux de "condensateur Y", "Y1" et "Y2" (Y1 étant le type le plus puissant). En général, les condensateurs Y1 sont utilisés dans les équipements de classe 2, tandis que les condensateurs Y2 sont utilisés dans les équipements de classe 1.

Alors, ce condensateur entre les côtés primaire et secondaire de la SMPS signifie-t-il que la sortie n'est pas isolée? J'ai vu des fournitures de laboratoire pouvant être connectées en série pour doubler la tension. Comment font-ils cela si ce n'est pas isolé?

Certaines alimentations ont leurs sorties connectées à la terre. Évidemment, vous ne pouvez pas prendre une paire d’alimentations ayant le même terminal de sortie connecté à la terre et les mettre en série.

D'autres alimentations ont uniquement un couplage actif de la sortie à l'entrée ou à la terre du secteur. Ceux-ci peuvent être connectés en série puisque les condensateurs bloquent le courant continu.

En tant qu'ingénieur en électronique, j'ai constaté qu'un grand nombre d'alimentations professionnelles de classe II avaient une fuite d'environ 80 V CA à la terre en raison de la présence du condensateur Y. L’IEE autorise un courant de fuite <85uA pour les équipements non médicaux. Cela peut toutefois causer des problèmes avec les circuits audio. J'ai vu quelques exemples de bourdonnement de boucle de masse lorsqu'un ordinateur portable est connecté à un amplificateur audio ou lorsque des effets sur scène sont connectés à un ampli. J'ai personnellement subi un choc léger mais désagréable avec un microphone en raison des fuites d'un SMPS. Ma solution initiale consistait à retirer les condensateurs Y et à installer une connexion à la terre, mais j'ai finalement construit mon propre bloc d'alimentation linéaire à l'aide d'un toroïdal. Aussi loin que "empiler"

Répondre directement à la question de OP; l'utilisation de condensateurs Y, bien que conforme aux pratiques d'ingénierie standard dans le passé, devrait probablement être évitée dans les nouvelles conceptions. Un nouveau compromis d'ingénierie pour l'utilisation de condensateurs Y est apparu au cours des dix dernières années environ, en raison des exigences de la NEC (US National Electric Code) relatives à l'utilisation des disjoncteurs GFCI et AFCI. Ces disjoncteurs sont conçus pour déclencher à un courant de terre total de 5 mA pour toutes les sorties CA d'un circuit de dérivation. Évidemment, l’utilisation de 3,5 mA par classe I s’ajoute assez rapidement pour un centre de divertissement de salon ou un poste de travail informatique typique. Tandis que les normes actuelles en matière de fuite le permettent, les fabricants OEM se plaignent de plus en plus du fait que leur produit "déclenche une panne, je veux le réparer"https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/grounding/chasing-ghost-trips-in-gfci-protected-circuits . Les exigences du CEN ont augmenté au cours de la dernière décennie et de nombreux États et villes ne l'ont que totalement intégré. Alors que les dispositifs de classe II (pas de troisième broche de mise à la terre sur une prise secteur) ont des spécifications de fuite plus strictes, ils constituent la solution que la plupart des concepteurs semblent adopter; ces dispositifs sont capables de respecter les spécifications EMI sans aucun condensateur Y.