Warum sollten Sie AC-Masse an einen isolierten DC-Netzteilausgang anschließen?

Erkenne, dass dies ein „logisches Symbol“ ist und viele „analoge“ Interpretationen hat.

Denken Sie daran, dass Masse in Ihrem Logikdiagramm nur ein Dreieckssymbol bedeutet, wir müssen dies jedoch nur an diesem physischen Punkt als 0-V-Referenz verstehen. Systemdefinitionen werden häufig nur für Erdungssymbole oder lokale DC angenommen, und die Entwurfsstandards variieren. In den meisten Fällen bedeutet das Symbol ganz rechts geerdet.

Aber in anderen Fällen kann das mittlere Symbol schwebend oder geerdet sein. Daher sind sternverteilte Erdungen oft am besten, um das Teilen von Strömen zu vermeiden, dennoch werden häufig verteilte Erdungen verwendet. (CATV-, Wechselstrom- und EE-Lab-Instrumente) Dies führt zu Komplikationen bei der Signalintegrität und Immunität der Quelle und des Ziels, wenn häufig Kabel von vielen Instrumenten neu angeschlossen werden, die sich möglicherweise an verschiedenen Unterbrechern mit dreipoligen AC-Steckern befinden.

Es ist ratsam, die Impedanz jeder Erde in verschiedenen Frequenzbändern gründlich zu verstehen, um zu sehen, wie sie die Immunität und Anfälligkeit beeinflusst. Die Symbole reichen nicht aus, um diese Bedeutungen zu vermitteln.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Der allgemeine Grund ist also EMV wie bei der Kompatibilität.

• Dies umfasst die Immunität gegen Interferenzen und unbeabsichtigte Abstrahlung von Störgeräuschen sowie leitungsgebundenes Rauschen über AC-Leitungs- und Signalschnittstellen, sodass mindestens 2 Ports und 2 Kompatibilitätsrichtungen zu berücksichtigen sind.

Ich werde nur einige der Gründe aufzählen.

CM-Rauschen

Der häufigste Grund für die Erdung einer erdfreien Versorgung besteht darin, Gleichtaktrauschen (CM) zu eliminieren, entweder durch unbeabsichtigtes SMPS-Rauschen über die Transformatordurchführung oder durch unsymmetrische Ströme mit großen Stufenlasten und großer Schleifenfläche.

Baluns ---- (Umwandlung zwischen symmetrischer und unsymmetrischer Impedanz) Leitungsfilter verwenden Gleichtaktdrosseln oder Baluns, um die EMV der Wechselstromleitung sowohl mit einer Differenzkappe als auch mit 2 CM-Kappen gegen Erde zu verbessern. Diese sind auch an DC-Schnittstellen und AC-Signalschnittstellen nützlich.

Wenn Sie das nächste Mal ein möglicherweise verrauschtes Schnittstellenkabel sehen, suchen Sie nach dem kunststoffbeschichteten Ferritzylinder, der um das Kabel herum geformt ist (Clamshell ohne Lücke). zB Laptop-Ladegerät oder VGA-Kabel.

• DAS sind CM-Drosseln oder BALUNs. Wichtig für Geräte, die sowohl von Masse als auch geerdet sind (wie alle LCD-Monitore), wenn die Signale unsymmetrisch werden, und sogar kritisch für differenzielle Ethernet-Signale, um die symmetrische HF-Impedanz zu verbessern.

  Eine andere Methode, die von einigen Anwendungen verwendet wird, um die Auswirkung von 50/60-Hz-Leckstrom und Sicherheitsbedenken zu reduzieren, besteht darin, eine HF-Kappe von 10 nF oder weniger zwischen DC-Rückleitung und AC-Masse zu verwenden, die als niedrige Impedanz von 150 Ohm bei 100 kHz für SMPS-Rauschen oder 1,5 wirkt Ohm bei 10 MHz.

ESD

Die anderen Gründe können der Schutz eines Instruments mit empfindlichen Ausgängen oder Eingängen sein. Normalerweise können Audio- und TV-Schnittstellen von der Erdung isoliert werden, 50-Ohm-Instrumente jedoch nicht. Wenn lange 50-Ohm-Kabel mit 100 pF/m durch Ziehen an einem staubigen Zähler aufgeladen werden, kann die Spannung am Kabel ausreichen, um einen empfindlichen Ausgang oder Eingang zu durchbrennen. Obwohl ESD-Schutz Standard ist, wird es durch die Last entladen, wenn ein Ende mit einem geerdeten Instrument verbunden ist, sodass die Verbindung das andere Ende schützt. Das macht es aber auch empfindlich gegen Erdschlüsse, die ich in den 70er Jahren in einem großen Labor mit Maschinenhalle erlebt habe und die wir vermeiden mussten.

Dieses ESD-Thema ist komplex. In den meisten Fällen können Sie die Geräte durch Spannungsklemmen und Strombegrenzung schützen, aber das kann das Lokal verschieben und etwas intern beeinflussen. Audio- und TV-Schnittstellen sind im Allgemeinen mit zweipoligen Steckern erdfrei. Alle Laborinstrumente sind jedoch 3-polige Stecker mit Erdungsschnittstellen, um EMI zu reduzieren. Dies erhöht die Feldstärke der HiPot-Isolation auf Primärpfaden, sodass sie bei niedrigeren Potentialen als Floating ausfallen, sodass die Immunität in diesem Modus überprüft werden muss, dies jedoch standardmäßig nie der Fall ist. Ich stellte fest, dass dies ein Fehler in den OEM-Testverfahren für AC-DC-Versorgungen war, und forderte Prozessverbesserungen durch den OEM auf meine Nachfrage hin, als ich bewies, dass dies zutrifft. (OEM hatte seine Mfg nach Mexiko verlegt und nicht erkannt, dass die Prozesssteuerungen mit Abstandslücken verrutscht waren, z. B. geneigte Komponenten in der Nähe des Chassis.)

Gute und schlechte ESD-Verbindungen.

Eine gute Verbindung gilt als statisch dissipativ, wenn 1 MOhm in Reihe geschaltet ist. Ein schwimmendes Kabel kann jedoch geladen und entladen werden, wenn es an ein geerdetes Instrument angeschlossen wird, aber wenn es an einem Ende angeschlossen wird, entlädt es sich sicher, sodass das andere Ende weniger wahrscheinlich von einer Entladung betroffen ist. Dies wäre nicht der Fall, wenn beide Enden erdfrei wären, da die Streukapazität einen effektiven Kurzschluss oder Übergangsleiter zu Impuls-ESD darstellt. Wenn Sie ESD auf langen Kabeln erwarten und eine schwebende Versorgung wünschen und eine Erdung haben, dann kann ein Kondensator oder eine Induktivität oder ein 1K- oder 1M-Widerstand oder eine Kombination davon eine bessere Lösung sein, je nach den Anforderungen Ihrer Systemimmunität bei relativ hoher DC-Impedanz gegen Erde, aber niedrige Impedanz bei HF.

Abschluss

Es hängt alles vom System ab, aber eine verteilte Erdung ist bei externen Geräten und Laborgeräten weit verbreitet, jedoch nicht bei Verbrauchergeräten, und fehlt bei tragbaren Geräten aus Sicherheitsgründen für Erdschluss.

Es gibt Netztrennung, das ist die Sicherheitssache; und dann gibt es eine vollständige Isolierung, die es ermöglicht, dass der Stromkreis an jedem beliebigen Punkt mit irgendetwas verbunden werden kann und nicht explodiert.

Wenn Sie ein Metallgehäuse haben, ist es ziemlich erforderlich, zumindest zu erden, falls sich beispielsweise ein stromführender Draht im Inneren löst und auf das Gehäuse trifft. Dann löst es einen Unterbrecher aus / brennt eine Sicherung durch und schaltet ab, anstatt jemanden zu braten. Ein DC-Ausgang könnte je nach Konstruktion und Anwendung ein ähnliches Problem haben. (Möglicherweise verwandt: https://www.youtube.com/watch?v=wi-b9k-0KfE )

Der Grund, für insgesamt drei einen separaten Erdungsleiter zu benötigen oder auch im Fehlerfall vollständig isoliert zu sein, besteht darin, dass der Neutralleiter, obwohl er am Verteilerfeld mit Erde verbunden ist, für einen schweren nicht mehr Masse ist Last, und vor allem, wenn es sich löst.

Daher müssen alle für den Benutzer zugänglichen Schaltkreise sowohl von Live als auch von Neutral isoliert werden, unabhängig davon, ob sie aus anderen Gründen geerdet sind.