¿Por qué una unidad de fuente de alimentación con caja aislante y separación galvánica necesita un cable de alimentación con conexión a tierra?

A continuación se muestra un esquema típico de un filtro EMI de fuente de alimentación de CA / CC.

Puede ver que los condensadores X (entre la línea y el neutro) más la inductancia de fuga del inductor de modo común dan el rechazo del ruido diferencial, y la inductancia de choque del CM combinada con los condensadores Y dan el modo común rechazo del ruido.

Tampoco me sorprendería si el retorno de salida está directamente conectado a tierra.

Las fuentes de alimentación de modo conmutado utilizan lo que se conoce como "convertidor de retorno" para proporcionar conversión de voltaje y aislamiento galvánico. Un componente central de este convertidor es un transformador de alta frecuencia.

Los transformadores prácticos tienen alguna capacitancia parásita entre los devanados primarios y secundarios. Esta capacitancia interactúa con la operación de conmutación del convertidor. Si no hay otra conexión entre la entrada y la salida, se producirá un voltaje de alta frecuencia entre la salida y la entrada.

Esto es realmente malo desde una perspectiva de EMC. Los cables del bloque de energía ahora actúan esencialmente como una antena que transmite la alta frecuencia generada por el proceso de conmutación.

Para suprimir el modo común de alta frecuencia es necesario colocar condensadores entre los lados de entrada y salida de la fuente de alimentación con una capacidad sustancialmente mayor que la capacidad en el transformador de retorno. Esto efectivamente reduce la alta frecuencia y evita que se escape del dispositivo.

Al diseñar una PSU de clase 2 (desenterrada) no tenemos más remedio que conectar estos condensadores a la entrada "en vivo" y / o "neutral". Dado que la mayor parte del mundo no impone la polaridad en las tomas desenterradas, debemos suponer que cualquiera de los terminales "en vivo" y "neutro" puede estar a un voltaje sinificante en relación con la tierra y generalmente terminamos con un diseño simétrico como una "opción menos mala". Por eso, si mide la salida de una PSU de clase 2 en relación con la tierra de la red eléctrica con un medidor de alta impedancia, generalmente verá alrededor de la mitad de la tensión de red.

Eso significa que en una PSU de clase 2 tenemos una relación difícil entre la seguridad y la compatibilidad electromagnética. Hacer que los condensadores sean más grandes mejora la compatibilidad electromagnética (EMC), pero también produce una "corriente de contacto" mayor (la corriente que fluirá a través de alguien o algo que toque la salida de la fuente de alimentación y la toma de tierra). Esta compensación se vuelve más problemática a medida que la PSU se hace más grande (y, por lo tanto, la capacitancia parásita en el transformador aumenta).

En una PSU de clase 1 (con conexión a tierra), podemos utilizar la tierra de la red como una barrera entre la entrada y la salida, ya sea conectando la salida a la tierra de la red (como es común en las PSU de escritorio) o usando dos condensadores, uno de la salida a la toma de tierra y una desde la toma de tierra a la entrada (esto es lo que hacen la mayoría de los ladrillos de alimentación de portátiles) Esto evita el problema de la corriente táctil al tiempo que proporciona una ruta de alta frecuencia para controlar EMC.

Entonces, ¿por qué las unidades de suministro de energía de computadoras portátiles de los principales proveedores reputables de la clase 1 en la actualidad no solían ser? (y cuando la basura barata a menudo todavía no lo es) No lo sé con seguridad, pero supongo que es una combinación de.

1. Incluso las corrientes de contacto por debajo de los límites legales pueden ser problemáticas. Algunas personas son inusualmente sensibles a la electricidad y pueden sentir corrientes por debajo del límite legal. Algunos componentes electrónicos también pueden dañarse por corrientes por debajo del límite de corriente de contacto legal durante la conexión en caliente.
2. Las regulaciones de EMC se han vuelto más estrictas con los años.

Sin un esquema es difícil de decir. Sin embargo, lo más probable es que el filtro EMI utilice el cable de tierra. Lo más probable es que haya un balun (choque de modo común) en la entrada de alimentación antes de que llegue al resto del circuito. Esto aumentará la impedancia de las señales de modo común, pero eso por sí solo no las atenuará sin algún tipo de carga. Esa carga será un condensador a tierra en cada uno de los dos cables de alimentación en el lado exterior del balun.

¿Alguna vez ha tenido un "nip" al tocar la salida de bajo voltaje de un paquete de energía moderno?
 Esto es molesto y potencialmente destruye equipos.
 El motivo es que el sistema descrito en la pregunta se ha implementado pero no se ha utilizado correctamente,

El diagrama y el comentario de Madmanguram deben ser anotados.

Madmanguram ha proporcionado una excelente ilustración.
  Tenga en cuenta que el retorno de la salida del comentario también está conectado a tierra. Esto se hace a veces y, cuando lo es, es un desastre total cuando el cable de tierra no está conectado a tierra, por ejemplo, se utiliza un cable de 2 hilos.

Tierra local = la toma central del capacitor está ahora en la mitad de la conexión a tierra verdadera. Es decir, aproximadamente 115 V en un sistema de 230 VCA. Todo el equipo suministrado flota en media red sobre el suelo. Las dos tapas suelen ser de 0,001 uF, por lo que la impedancia es igual a 2 tapas en paralelo.
 Z ~ = 2 / (2.Pi.f.c) o aproximadamente 5 megohm que dan corrientes de fuga de aproximadamente 10 a 20 uA. Esto no parece mucho, pero produce molestos "mordiscos" en los dedos, etc. al tocar el Vout mientras el cuerpo está conectado a tierra, debido al nivel de voltaje, y felizmente carga la capacidad parásita para tener suficiente energía para explotar las cosas, lo que definitivamente sucede.

La solución es conectar a tierra el cable de tierra .. PERO

Lo peor es cuando los fabricantes conectan la toma central con la salida negativa y luego no permiten usar un conductor a tierra. Usted obtiene la mitad de los equipos flotantes de la red y no es una forma fácil de solucionarlo. Un resultado desagradable que necesita ejecutarse o usar una conexión a tierra fuera del cable de alimentación.