Dlaczego ważne jest, aby izolować zasilacze sieciowe?

We wszystkich zasilaczach komputerowych i innych zasilaczach, które rozebrałem na części, zauważyłem, że są one całkowicie odizolowane od sieci. Izolacja galwaniczna przez transformatory, a często izolacja optyczna dla sprzężenia zwrotnego. Zwykle jest bardzo widoczna szczelina w śladach między stroną pierwotną i wtórną, o średnicy co najmniej 8 mm. Dlaczego ważne jest, aby te zapasy były izolowane?

Ponieważ zasilanie sieciowe jest bardzo nieprzewidywalne i może robić wszelkiego rodzaju rzeczy poza nominalną specyfikacją, co może uszkodzić komponenty lub przynajmniej złamać nominalne założenia projektowe. Nieizolowany projekt ma również wszystkie swoje napięcia w odniesieniu do jednego z przewodów sieciowych, który może, ale nie musi mieć użytecznego / bezpiecznego związku z innymi potencjałami w twoim otoczeniu (na przykład uziemienie / ziemia).

Jeśli jedyną rzeczą po stronie niskiego napięcia jest niedostępna elektronika, wtedy nieizolowane źródła zasilania są w porządku - są one zwykle znacznie tańsze / prostsze niż izolowane źródła i używa ich wiele urządzeń gospodarstwa domowego. Nawet rzeczy takie jak telewizory działały w ten sposób, jeśli wrócisz do czasów, kiedy miały zewnętrzne połączenia audio / wideo. Podłączenie anteny było jedynym gniazdem zewnętrznym, które było odizolowane od kondensatora.

Jeśli człowiek lub urządzenie innej firmy musi połączyć się ze stroną niskonapięciową projektu, izolowane źródło zasilania zapewnia wyraźną barierę, przez którą nie przepuszczą niebezpieczne napięcia, nawet w przypadku awarii podzespołu, i oznacza to, że Twój obwód „pływa” w stosunku do sieci. To z kolei oznacza, że ​​możesz ustawić, aby cała elektronika działała w pobliżu potencjału ziemi, przy czym wszystkie podłączone urządzenia mają co najmniej w przybliżeniu to samo napięcie odniesienia do pracy.

Krótka odpowiedź (oooh, to gra słów, poczekaj na nią ...): bezpieczeństwo. Jaki byłby wpływ zwarcia z 240 V lub więcej na ... cóż, cokolwiek? Urządzenia niskiego napięcia? Nie żyje! Dom? W ogniu! Pozew sądowy? W oczekiwaniu! Izolacja co najmniej uniemożliwia bezpośrednie zwarcie do ściany, a pośrednie zwarcie jest mniej niebezpieczne i mniej prawdopodobne. Na przykład, jeśli napięcie ścienne całkowicie usmaży wszystko po jednej stronie transformatora, masz niedziałający transformator. Niedziałający transformator oznacza brak sprzężenia i brak napięcia po drugiej stronie, więc nie ma uszkodzeń. Ponadto istnieje więcej opcji ochrony po stronie niższego napięcia (w każdym razie tańsze opcje ochrony).

Mogę wymyślić kilka:

• Pomaga odizolować wyjścia od niebezpiecznych zdarzeń na poziomie linii (uderzenia pioruna, przepięcia itp.), Ponieważ większość transformatorów jest obniżona w komercyjnych zasilaczach
• Pozwala użyć podwozia urządzenia jako osłony bezpieczeństwa, uziemiając go (wszelkie przewodzenie z sieci do podwozia spowoduje wyzwolenie bezpiecznika lub zadziałanie bezpiecznika, szybkie odłączenie usterki)
• Zapewnia wystarczający margines w projekcie, aby zapobiec przejściu od pierwotnego do wtórnego, nawet w mniej niż czystym otoczeniu (pył z tonera jest szczególnie nieprzyjemnym pomostem)
• Zmniejsza „sztywność” źródła zasilania - mały transformator nasyca się znacznie szybciej niż sieć, co powoduje również zwiększenie prądu pierwotnego i uruchomienie pewnego rodzaju urządzenia zabezpieczającego (bezpiecznik, wyłącznik itp.)
• Organy regulacyjne wymagają tego w większości aplikacji: IEC 60950, CSA C22.2 itp.

Oprócz wspomnianych kwestii bezpieczeństwa istnieje również kwestia praktyczna: nawet gdyby ktoś wiedział, że neutralne przewody zasilające prądu przemiennego zawsze będą miały potencjał masy, trudno byłoby zaprojektować beztransformatorowy zasilacz niskiego napięcia prądu stałego, który pobierałby prąd równomiernie na dwie połowy każdego cyklu linii bez strony prądu stałego o znacznym wahaniu napięcia w trybie wspólnym w stosunku do neutralnej linii zasilania. Nawet jeśli wahania napięcia na odsłoniętej „ziemi” byłyby wystarczająco niskie, aby nie stwarzać ryzyka porażenia prądem, połączenie uziemienia po stronie prądu stałego różnych urządzeń może nadal zakłócać ich zachowanie.

Wykorzystanie transformatorów do przesunięcia zasilania nie jest tak naprawdę trudniejsze niż spowodowanie, że uziemienie prądu stałego pokrywa się z neutralnym źródłem zasilania. Naprawdę nie ma żadnej wady, że niskonapięciowe zasilacze prądu stałego pływają w stosunku do obu przewodów wejściowych zasilania, a w praktyce podłączenie uziemienia prądu stałego do neutralnego prądu przemiennego stanowiłoby niepotrzebne zagrożenie bezpieczeństwa. Te argumenty razem stanowią dość przekonujący argument za izolowaniem niskonapięciowych źródeł prądu stałego od linii prądu przemiennego.

Nie możemy polegać na tym, że którykolwiek z przewodów zasilających jest bezpieczny z kilku powodów.

1. W niektórych krajach nie można polegać na tym, który przewód jest pod napięciem, a który jest neutralny, ponieważ gniazda są niespolaryzowane, ponieważ instalatorzy nie przywiązują dużej uwagi do polaryzacji lub ponieważ użycie przedłużaczy / adapterów, które mogą nieprawidłowo utrzymywać polaryzację, jest powszechne .
2. Przewody mogą się zepsuć, jeśli przewód neutralny pęknie, a system zostanie obciążony, wówczas przewód neutralny osiągnie napięcie sieciowe.
3. Nawet w normalnej pracy z prawidłową polaryzacją może wystąpić napięcie na neutralnym z powodu spadku napięcia. Podczas gdy napięcie jest niskie, impedancja jest również bardzo niska, więc może to stanowić ryzyko pożaru.

W wyniku tego nowoczesnego urządzenia standardy traktują zarówno przewody pod napięciem, jak i przewody neutralne jako potencjalnie niebezpieczne. Dzięki temu dostawcy urządzeń mają dwie główne opcje ochrony zastosowań.

1. Zaizoluj i zabezpiecz przed dotykiem wszystkie części elektryczne, co działa dobrze w przypadku prostych urządzeń, ale nie jest tak naprawdę praktyczne w przypadku rzeczy takich jak komputery z szeregiem portów dostępnych dla użytkownika.
2. Umieść barierę izolacyjną w zasilaczu, aby część niskiego napięcia była bezpieczna w dotyku.