Warum ist es wichtig, dass Netzteile isoliert sind?

Bei allen Computer-Netzteilen und anderen Netzteilen, die ich auseinander genommen habe, ist mir aufgefallen, dass sie vollständig vom Stromnetz getrennt sind. Galvanische Trennung durch Transformatoren und häufig optische Trennung für Rückkopplung. In den Spuren zwischen der Primär- und der Sekundärseite ist normalerweise eine Lücke von mindestens 8 mm sichtbar. Warum ist es wichtig, dass diese Lieferungen isoliert werden?

Weil die Netzversorgung sehr unvorhersehbar ist und alle möglichen Dinge außerhalb der nominalen Spezifikation ausführen kann, die Komponenten beschädigen oder zumindest die nominalen Konstruktionsannahmen verletzen können. Bei einem nicht isolierten Design beziehen sich alle Spannungen auf einen der Netzleiter, der möglicherweise eine nützliche / sichere Beziehung zu anderen Potentialen in Ihrer Umgebung hat (z. B. Erde / Erde).

Wenn die einzige Sache auf der Niederspannungsseite nicht zugängliche Elektronik ist, sind nicht isolierte Netzteile in Ordnung - sie sind in der Regel viel billiger / einfacher als isolierte Netzteile und werden von vielen Haushaltsgeräten verwendet. Sogar Dinge wie Fernseher funktionierten früher so, wenn Sie vor der Zeit zurückgingen, als sie externe Video- / Audioverbindungen hatten. Der Antennenanschluss war die einzige externe Steckdose, und diese war kondensatorisoliert.

Wenn ein Mensch oder ein Gerät von Drittanbietern mit der Niederspannungsseite Ihres Entwurfs verbunden werden muss, bietet eine isolierte Versorgung eine klare Barriere, über die gefährliche Spannungen auch bei einem Komponentenausfall nicht übertragen werden können. und es bedeutet, dass Ihr Stromkreis jetzt relativ zum Stromnetz "schwimmt". Dies bedeutet wiederum, dass Sie dafür sorgen können, dass die gesamte Elektronik in der Nähe des Erdpotentials betrieben wird, wobei alle angeschlossenen Geräte mindestens ungefähr den gleichen Spannungsbezug haben, mit dem sie arbeiten sollen.

Kurze Antwort (oooh, das ist ein Wortspiel, warte ...): Sicherheit. Wie würde sich ein Kurzschluss von 240 V oder höher auf ... auswirken? Niederspannungsgeräte? Tot! Haus? In Brand geraten! Klage? Steht aus! Die Isolation macht zumindest einen direkten Kurzschluss zur Wandspannung unmöglich und einen indirekten Kurzschluss weniger gefährlich und weniger wahrscheinlich. Wenn zum Beispiel die Wandspannung alles auf einer Seite des Transformators total brät, haben Sie einen nicht arbeitenden Transformator. Ein nicht arbeitender Transformator bedeutet keine Kopplung und keine Spannung auf der anderen Seite, also keine Beschädigung. Außerdem gibt es mehr Schutzoptionen für die Niederspannungsseite (weniger teure Schutzoptionen jedenfalls).

Ich kann mir einige vorstellen:

• Trennt die Ausgänge von gefährlichen Ereignissen auf Leitungsebene (Blitzeinschläge, Überspannungen usw.), da die meisten Transformatoren in kommerziellen Stromversorgungen heruntergefahren sind
• Ermöglicht es Ihnen, das Gehäuse des Geräts als Schutzschild zu verwenden, indem Sie es erden.
• Stellt sicher, dass im Design ein ausreichender Spielraum vorhanden ist, um ein Überschlagen der Primär- und Sekundärseite auch in nicht sauberen Umgebungen zu verhindern (Tonerstaub ist ein besonders unangenehmer Spaltüberbrücker).
• Reduziert die "Steifheit" der Stromquelle - ein kleiner Transformator wird viel schneller gesättigt als das Stromnetz, was auch dazu führt, dass der Primärstrom höher wird und eine Art Sicherheitsvorrichtung (Sicherung, Schutzschalter usw.) aktiviert wird.
• Zulassungsbehörden schreiben dies in den meisten Anwendungen vor: IEC 60950, CSA C22.2 usw.

Zusätzlich zu den genannten Sicherheitsproblemen gibt es auch ein praktisches Problem: Selbst wenn man wüsste, dass die neutralen Wechselstromversorgungsleitungen immer auf Erdpotential liegen würden, wäre es schwierig, eine transformatorlose Niederspannungs-Gleichstromversorgung zu entwerfen, die den Strom gleichmäßig aufnimmt zwei Hälften jedes Leitungszyklus, ohne dass die Gleichstromseite einen signifikanten Gleichtaktspannungshub relativ zur neutralen Versorgungsleitung aufweist. Selbst wenn der Spannungshub auf einer exponierten "Masse" niedrig genug wäre, um kein Stromschlagrisiko darzustellen, könnte die Verbindung der gleichstromseitigen Masse verschiedener Geräte deren Verhalten stören.

Die Verwendung von Transformatoren zur Schwebung einer Versorgung ist nicht schwieriger als die Übereinstimmung der Gleichstrommasse mit der Neutralität der Wechselstromversorgung. Es ist nicht wirklich nachteilig, dass Niederspannungs-Gleichstromversorgungen relativ zu beiden Stromeingangskabeln schweben, und in der Praxis würde das Verbinden der Gleichstrommasse mit dem Neutralleiter einige unnötige Sicherheitsrisiken mit sich bringen. Diese Argumente bilden zusammen ein ziemlich überzeugendes Argument für die Trennung von Gleichstromversorgungen mit niedriger Spannung von der Wechselstromleitung.

Wir können uns aus mehreren Gründen nicht darauf verlassen, dass einer der Versorgungsleiter sicher ist.

1. In einigen Ländern kann man sich nicht darauf verlassen, welcher Leiter unter Spannung steht und welcher neutral ist, entweder weil die Buchsen unpolarisiert sind, weil die Installateure der Polarität nicht viel Aufmerksamkeit schenken oder weil Verlängerungen / Adapter verwendet werden, die möglicherweise die Polarität nicht korrekt einhalten .
2. Kabel können reißen. Wenn der Neutralleiter reißt und das System belastet ist, wird der Neutralleiter auf Netzspannung gebracht.
3. Selbst im normalen Betrieb mit korrekter Polarität kann aufgrund des Spannungsabfalls eine Spannung am Neutralleiter anliegen. Während die Spannung niedrig ist, ist auch die Impedanz sehr niedrig, so dass ein Brandrisiko besteht.

Infolge dieser modernen Gerätestandards werden sowohl stromführende als auch neutrale Leiter allgemein als potenziell gefährlich eingestuft. Dies lässt den Appliance-Anbietern zwei Hauptoptionen zum Schutz der Verwendungen.

1. Isolieren und berührungssicher alle elektrischen Teile, das funktioniert für einfache Geräte in Ordnung, ist aber für Dinge wie Computer mit einer Reihe von benutzerzugänglichen Anschlüssen nicht wirklich praktisch.
2. Setzen Sie eine Isolationsbarriere in das Netzteil ein, damit der Niederspannungsbereich sicher berührt werden kann.