Jak używać kondensatorów bezpieczeństwa klasy X i klasy Y

Izolowane zasilacze celowo wykorzystują różne sieci uziemienia, aby utrzymać domeny zasilania oddzielnie. Częściowo jest to robione ze względów bezpieczeństwa, a częściowo dla EMC, chociaż te dwa obszary są do pewnego stopnia powiązane w pewnych normach branżowych. Aby kontrolować szum w tych systemach, korzystamy z kilku ważnych technik jako część filtrowania EMI. Jedną z tych technik jest użycie tzw. kondensatorów bezpieczeństwa, znanych również jako kondensatory klasy X i klasy Y.

Te kondensatory nie są specjalne ani unikalne. Podobnie jak kondensator odsprzęgający, termin „bezpieczeństwo” odnosi się do funkcji i umiejscowienia kondensatora, a nie do konkretnego typu kondensatora. Moją misją w tym artykule jest uczynienie cię ekspertem w zakresie używania tych kondensatorów. Zanurzmy się w temat.

Gdzie umieszcza się kondensatory bezpieczeństwa

W izolowanych zasilaczach kondensatory bezpieczeństwa umieszcza się głównie w dwóch miejscach:

• Jako element filtrujący na linii napięcia wejściowego
• Jako połączenie sieci między galwanicznie izolowanymi uziemieniami

W pierwszym przypadku, kondensatory klasy X i klasy Y umieszcza się w obwodach filtrów EMI na początku zasilacza. Może to być dodatkowo do dławika ferrytowego na kablu zasilającym, jak również dławików trybu wspólnego lub różnicowego w etapach filtrowania EMI.

Zanim przejdziemy dalej, wyjaśnijmy kilka definicji. Kondensatory klasy X i klasy Y są definiowane przez ich oceny napięcia przemiennego, jak określono w normie IEC 60384-14. Należy zauważyć, że jest to norma oparta na wydajności, co oznacza, że każdy kondensator, który spełnia te wymagania, zasługuje na odpowiednią klasyfikację X lub Y w poniższej tabeli.

Głównym kryterium przy wyborze tych kondensatorów jest czy mogą wytrzymać pewną docelową wartość napięcia szczytowego. Dla kondensatorów klasy Y rozważaniem jest również amplituda napięcia przemiennego. Na podstawie tych punktów możemy teraz zobaczyć, gdzie muszą być umieszczone jako część filtrowania wejściowego.

Umiejscowienie w izolowanych zasilaczach

W izolowanych zasilaczach, kondensatory klasy X i klasy Y są umieszczane w celu zwalczania określonych rodzajów zakłóceń. Kondensatory klasy Y są używane do zwalczania zakłóceń wspólnych poprzez użycie wspólnego punktu połączenia z ziemią. Na przykład, gdy są używane na wejściu AC do zasilacza DC, jeden kondensator klasy Y jest używany dla każdego z połączeń linii i neutralnych z Ziemią, jak pokazano poniżej. Ten sam typ połączenia z Ziemią może być użyty po prostowniku mostkowym, chociaż jest to bardzo rzadkie.

Kondensatory klasy X są używane do filtrowania zakłóceń różnicowych w ten sam sposób, ale są one połączone między linią a neutralem. Te kondensatory również są pokazane poniżej.

Inny przypadek użycia tych kondensatorów to połączenie dwóch galwanicznie izolowanych mas w izolowanym zasilaczu. Zazwyczaj zaleca się użycie kondensatora bezpieczeństwa klasy Y, ale można również użyć kondensatora bezpieczeństwa klasy X. Idea tutaj polega na tym, że połączenie pozwala prądom zakłóceń wysokiej częstotliwości przechodzić między masami w razie potrzeby, zamiast pozwalać im promieniować energię z dala od PCB.

Wymaganie dotyczące pojemności tego połączenia jest takie, że wartość kondensatora bezpieczeństwa musi być znacznie większa niż pasożytnicza pojemność uzwojenia. Zazwyczaj oznacza to, że kondensator klasy Y o wartości od 1 nF do 1 uF będzie działać, w zależności od wymaganego zakresu częstotliwości, który ma być przepuszczony do pierwotnej strony systemu. To połączenie mostkujące masę jest pokazane poniżej. Zwróć uwagę na miejsce, gdzie zdefiniowano PGND po stronie wyjściowej prostownika mostkowego.

Zwróć uwagę na miejsce, gdzie przypisano PGND: jest to po prostowniku mostkowym! To jest bardzo ważne, ponieważ łączymy dwie masy DC za pomocą kondensatora 2200 pF. Gdybyśmy połączyli go z neutralem, mielibyśmy wysokie napięcie AC przyłączone do kondensatora 2200 pF, co mogłoby zniszczyć kondensator.

Przykładowe kondensatory klasy X i klasy Y

Przykładowe kondensatory, które mogą spełniać wymagania wydajności IEC 60384-14, są pokazane poniżej. Części takie są łatwe do znalezienia na Octopart; najlepszą strategią jest rozpoczęcie wyszukiwania na podstawie oczekiwanego wymogu ochrony napięcia AC (dla klasy Y) lub wymogu impulsowego dla klasy X. Niektóre przykłady kondensatorów klasy Y są pokazane w tabeli.

A co z podzielonymi masami w PCB sygnałów mieszanych?

Przede wszystkim, dam nowym projektantom najważniejszą radę:

Przestańcie dzielić płaszczyznę masy na analogową i cyfrową. Stworzycie więcej problemów niż rozwiążecie.

Prawdopodobnie powinienem powiedzieć ludziom, aby kontynuowali to robić, tylko dlatego, że będą musieli zatrudnić kogoś takiego jak ja, aby naprawić wynikające problemy z EMI, gdy płaszczyzny są podzielone. Na szczęście bardziej dbam o wasz portfel niż o mój.

Izolowane zasilacze i płyty z izolowanymi układami ASIC takimi jak ADC zawierają te podziały z bardzo konkretnych powodów. To nie oznacza, że powinieneś robić to samo na swojej płycie mieszanej sygnałów tylko dlatego, że zawiera ADC i MCU. Lepiej jest po prostu użyć jednolitej płaszczyzny masy.

Mówiąc to, istnieje bardzo konkretny przypadek precyzyjnych pomiarów niskiej częstotliwości z niskimi wartościami SNR, który czasami działa lepiej z podzieloną płaszczyzną i kondensatorem bezpieczeństwa lub dławikiem łączącym obie masy. W takim przypadku nadal możesz użyć kondensatora lub dławika (lub obu) do kontrolowania ścieżki powrotnej i prądów zakłóceń. Jeśli nie wiesz, jak lub dlaczego to robić, to tego nie rób.

Niezależnie od tego, czy Twój zespół tworzy zaawansowane prototypy, czy wprowadza nowy produkt do produkcji, Altium Designer® daje projektantom PCB wszystko, czego potrzebują do projektowania pod kątem kosztów, jakości, a teraz oferuje te możliwości do kompleksowej oceny płyt pod kątem wydajności elektrycznej i termicznej za pośrednictwem platformy Altium 365™.

Dotknęliśmy tylko powierzchni tego, co jest możliwe z Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową wersję próbną Altium Designer + Altium 365 już dziś.