Dies ist ein inhärentes Problem bei Schaltnetzteilen. Hier ist die vollständige Behandlung dieses Problems ...
Schaltnetzteile
Ein Laptop-Ladegerät enthält ein Schaltnetzteil, das als einzige Technologie derzeit die erforderliche Leistung, einen großen Bereich an Wechselstromeingängen und eine geringe Größe / Gewicht liefert. Anstelle eines sperrigen Transformators, der mit 50/60 Hz betrieben wird, richtet diese Schaltung die Wechselstromversorgung gleich, um eine Gleichspannung von 150 V bis 380 V zu erzeugen. Eine Zerhackerschaltung erzeugt einen viel höheren Wechselstrom, der einen viel kleineren Transformator durchlaufen kann, und eine Impulssteuerung kann verwendet werden, um die Ausgangsspannung zu regeln, die gleichgerichtet wird, um den erforderlichen Gleichstromausgang zu erhalten.
EMC-Probleme
Ein Hauptanliegen von Designern bei Schaltnetzteilen ist die Erzeugung von Hochfrequenzstörungen, die gesetzlich begrenzt sein müssen. Das Gleichrichten der Netzwechselspannung erzeugt Interferenzen, da die Gleichrichterdioden jeden halben Zyklus von der Leitung zum Blockieren wechseln. Und die Zerhackerschaltung, die bei Hunderten von Volt, Frequenzen oberhalb von 20 kHz und sehr kurzen Schaltzeiten zur Verringerung von Verlusten arbeitet, trägt erheblich zu Interferenzen bei, die über den Wechselstromdraht zurückgeleitet werden können, während er strahlt, und zu anderen Geräten gelangen, die möglicherweise vorhanden sind gestört oder scheitern.
Um diesen Problemen zu begegnen, verwenden Entwickler Filter, die Induktoren und Kondensatoren verwenden, um einen Großteil der Interferenz zu blockieren und sie im Stromversorgungskreis selbst zu halten. Die effektivsten Elemente sind Kondensatoren: X-Kondensatoren über die Wechselstromversorgung und Y-Kondensatoren zwischen Transformatorausgang und Masse oder Transformatoreneingang und Erde, je nach Quelle der größten Interferenz. Da ein Ausfall dieser Kondensatoren einen Brand oder elektrischen Schlag verursachen kann, verfügen sie über strenge Sicherheitszulassungen. Andere Filterelemente umfassen verlustbehaftete Induktoren, sogenannte Drosseln, die in Reihe mit dem Wechselstromeingang geschaltet sind, um Hochfrequenzströme von dem Wechselstromkabel zu blockieren.
Schutzerdung
Es gibt zwei grundlegende Ansätze, um Benutzer von Produkten mit Wechselstromversorgung vor elektrischem Schlag zu schützen.
Geräte der Klasse 1 verfügen über 3 Anschlüsse an die Wechselstromversorgung: Live; Neutral; und Erde. Der Erdkreis ist im Gebäude an einen im Boden vergrabenen Kupferstab angeschlossen und bleibt auf einem sicheren Erdpotential. In Ländern mit neutralem Anschluss (im Gegensatz zu L1 und L2) ist der Neutralleiter am Anschlusspunkt der Hausversorgung mit Erde verbunden. In der Vorrichtung ist der Erdungsdraht mit allen freiliegenden Metalloberflächen verbunden, die der Benutzer berühren kann, um den Benutzer vor einem elektrischen Schlag zu schützen. Wenn ein Fehler auftritt, z. B. ein stromführendes Kabel von einer defekten Crimpverbindung fällt und die Innenseite des Metallgehäuses berührt, fließt ein großer Fehlerstrom direkt zur Erde, wodurch die Sicherung / Sicherung der Versorgungsspannung ausgelöst wird und der Benutzer vor Stößen geschützt wird.
Geräte der Klasse 2 haben nur zwei Anschlüsse an die Wechselstromversorgung: L1; und L2. Sie haben keine Erdverbindung. Dies macht die Verbindung einfacher, Kabel leichter und Geräte einfacher (und billiger), intern zu verbinden. Um Benutzer jedoch im Fehlerfall vor Erschütterungen zu schützen, sind zwei Isolierschichten zwischen stromführenden Stromkreisen und alles, was mit dem Benutzer in Kontakt kommen kann, erforderlich. (Doppel- oder verstärkte Isolierung kann aus zwei separaten Isolierschichten bestehen, die jeweils für die ungünstigste Versorgungsspannung ausgelegt sind, oder eine einzelne doppelt so dicke Schicht). Das Prinzip dabei ist, dass der Benutzer auch bei einem Ausfall einer Schicht durch die zweite Isolationsschicht geschützt wird, oder bei doppelter Dicke ein Ausfall sehr unwahrscheinlich ist.
Feststehende Haushaltsgeräte aus Metall sind fast immer Klasse 1, geschützt durch eine Erdverbindung. Tragbare Geräte sind häufig Klasse 2, können jedoch auch Klasse 2 mit einer funktionierenden Erde sein .
Leckage auf der Erde
Bei jedem geerdeten Gerät fließt ein gewisser Wechselstrom entlang der Erdleitung. Winzige Kapazitäten zwischen den Drähten oder zwischen stromführenden Drähten und dem geerdeten Gehäuse lassen diese Wechselströme fließen. Die Ströme dieser Streukapazitäten sind in der Regel klein, können jedoch bei Transformatoren mit geerdeten Wicklungsschirmen von größerer Bedeutung sein, wodurch die EMV-Emissionen reduziert werden, die Leckkapazität jedoch erhöht werden und der Erdschlussstrom erhöht wird.
Bei einem geerdeten Gerät hat dieser Leckstrom keine Auswirkungen auf den Benutzer, mit Ausnahme von zwei Szenarien: 1) Wenn der Leckstrom groß genug ist, um ein Fehlerstromschutzschalter (RCD) zu aktivieren und die Haushaltsversorgung auszulösen; und 2) wenn die Erdverbindung aus irgendeinem Grund getrennt wird. Im zweiten Fall kann der Leckstrom nicht durch die Erdleitung zur Erde fließen, sondern wartet darauf, dass ein Benutzer das Metallgehäuse berührt und einen Pfad bereitstellt, indem er einen (normalerweise) kleinen elektrischen Schlag verursacht.
Seit der Einführung der EMV-Gesetzgebung stehen Konstrukteure vor einer schwierigen Herausforderung: Sie müssen die Forderung nach Reduzierung der EMV-Emissionen (oft unter Verwendung von Y-Kondensatoren, die den Erdablechstrom erhöhen) abwägen, und einen niedrigen und sicheren zulässigen Leckstrom aufrechterhalten.
Leckströme in Geräten der Klasse 2
Ohne Erdleiter, an die ein Y-Kondensator angeschlossen werden kann, bleibt den Konstrukteuren von Geräten der Klasse 2 oft keine andere Wahl, als den Kondensator an einen Zweig der gleichgerichteten Wechselstromversorgung anzuschließen. Während die gleichgerichtete Versorgung über eine Gleichspannung verfügt, weist sie gegenüber Erde eine gleichgerichtete Halbwellenwechselspannung auf. Dies führt dazu, dass ein Wechselstrom durch den Y-Kondensator fließt, wodurch ein Leckstrompfad direkt vom Wechselstromnetz zum Schaltkreisausgang bereitgestellt wird.
Dies ist die Ursache für den Schock, den Sie vom Ausgang eines 2-Draht-Schaltnetzteils spüren, insbesondere wenn Sie auch eine geerdete Verbindung berühren. Ich empfinde oft einen Schock, wenn ich ein Videokabel von meiner (Klasse 2) Set-Top-Box an meinen (Klasse 1) Fernseher anschließe. Es reicht aus, um mich zum Springen zu bringen, aber nicht genug, um ein Problem zu verursachen.
Sichere Grenzen
In den meisten Ländern liegt der akzeptable Grenzwert für den Erdschlussstrom bei 3,5 mA, was für gesunde Menschen ausreichend ist, aber nicht genug, um Verletzungen zu verursachen. Für medizinische Geräte, die mit sehr anfälligen Personen in Kontakt kommen können, liegt die Grenze bei 100 uA.
Verschiedene Geräte, unterschiedliche Lösungen
Ich vermute, Ihr Sony-Ladegerät verfügt über ein 2- poliges Figure-8- Netzkabel (ein IEC320-Anschluss der Klasse 2), wodurch Ihr Ladegerät und jeder angeschlossene Laptop zu einem Gerät der Klasse 2 wird. Mein Dell-Ladegerät verfügt über einen 3-poligen Kleeblattanschluss und einen Erdungsanschluss, der Leckströme ableitet. Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum ich noch nie einen Schock von irgendetwas hatte, das mit meinem Dell verbunden war.
Fazit
Ein Gerät der Klasse 2 mit einem hohen (aber legalen) Erdschlussstrom kann Ihnen einen kribbeligen Blick vermitteln, der Ihre Augen aufbläht, aber nicht genug, um Ihnen Schaden zuzufügen, solange Sie nicht kritisch krank sind und intensive Pflege benötigen.
Wenn Sie sich immer noch Sorgen machen, lassen Sie den Erdschlussstrom von einem Elektriker prüfen und stellen Sie sicher, dass er unter 3,5 mA liegt.