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电子设备外壳带电与EMC、X电容、Y电容的关系

2015-1-22 19:06| 编辑:电工学习网| 查看: 19094| 评论: 0

在工作和生活中,我们经常有被电子设备“电”到的情形,大多数情况下设备本身并没有故障也并非漏电,要了解其中的原因,首先还得从EMC谈起。
EMC(Electromagnetic Compatibility)指电子设备的电磁兼容能力,是所有电子设备在设计时需要考虑到的一项指标,它又包括EMI和EMS:
EMI(Electro Magnetic Interference)电磁干扰,是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值,通俗地讲即你不能干扰别人。
EMS(Electro Magnetic Susceptibility)电磁敏感度,是指由于电磁能量造成设备性能下降的容易程度,通俗地讲即你要受得了别人的干扰。
需要接入市电的电子设备(尤其是开关电源或采用开关电源的电子设备),正规厂家的产品都需要通过CCC强制性认证和EMI认证,所以在电路中加入了X电容和Y电容,什么是X电容和Y电容?首先我们看下图:


在交流电源输入端,一般需要增加3个安全电容来抑制EMI传导干扰。交流电源输入分为3个端子:火线(L)/零线(N)/地线(G)。在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的电容,例如图中的C2、C3,由于他们与地线组成Y字形,一般统称为Y电容。这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相关安全标准,以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及人身安全及生命。它们都属于安全电容,从而要求电容值不能偏大,而耐压必须较高。一般情况下,工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超过0.7mA;工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y电容的总容量一般都不能超过4700PF(472)。
在火线和零线之间并联的电容,例如C1、C4,他们与火线和零线形成X字形,一般称之为X电容。由于这个电容连接的位置也比较关键,同样需要符合相关安全标准,X电容同样也属于安全电容。根据实际需要,X电容的容值允许比Y电容的容值大,但此时必须在X电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。安全标准规定,当正在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。
特别指出:作为安全电容之一的X电容和Y电容,要求必须取得安全检测机构的认证。X电容一般都标有安全认证标志和耐压AC250V或AC275V字样,但其真正的直流耐压高达2000V以上,通常X电容多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容,这种类型的电容,体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小;Y电容外观多为橙色或蓝色,一般都标有安全认证标志(如UL、CSA等标识)和耐压AC250V或AC275V字样。然而,其真正的直流耐压高达5000V以上。必须强调,X电容和Y电容都不得随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的普通电容来代用。
了解了上面的内容,我们再回过头来看电子设备金属外壳带电的原因,电子设备为了达到EMC要求,厂家在电源电路中加入了Y电容,当设备通电后它会将电子元件所产生的电磁辐射通过地线导到地下,减少了对人体的伤害以及对电源的污染(干扰电源线路上其它电气设备),当接地线未接好或未接时,人体接触外壳就可能会有触电的感觉,因为地线处于两个Y电容的中心,如果电容不存在差异,则地点(外壳)电压在电源电压的一半左右,对于220V供电的设备,外壳电压为110V,用试电笔量时是可以看到发光的。在不接地的情况下用手触摸金属外壳会出现“麻手”感觉,虽然电路中其它元器件也会叠加漏电流,但主要以Y电容的存在为主因。当正常接地,因为电容是“通电流”,产生的漏电流流入保护地,因此人手触摸没有异常。当不接地的情形,由于Y电容和万用表阻抗较高,阻抗值相当,因此在~220V输入电压时,用万用表测量外壳与地之间的电压一般会显示在100V~220V之间(随空气湿度、Y电容容值的不同会有所不同)。同样的道理,不接地时用人手触摸(万用表换成人体),人体会有电压,因人、空气湿度、Y电容容值、地板等因素的变化,这种电压有时能感觉到,有时则不能。很多人遇到台式电脑机箱出现麻手的情况,这也是由于地线没接好的缘故。当然设备在出厂前亦都经过严格的测试,以确保电源符合国标要求及安全要求,即使没接好地,漏电流对人体也不会有危险。
在早期,三角插头往往用于金属外壳的家用电器和仪器设备上面,早期的家用电器电路相对简单,EMC等指标的评估也不如现在严格,三角插头中的地线一般用于防止电气内部的火线与金属外壳短路造成使用者触电危及人身安全。而现如今的三角插头是越来越普遍,例如笔记本的电源适配器,笔记本电源虽然不是金属外壳,但是为了达到EMC的要求也采用了三角插头。
从上面可以看出家庭线路中地线和三孔插座的重要性,目前使用开关电源供电的电子设备越来越多,如果家庭线路中的地线未连接或未接地,将经常会碰到麻手的感觉;建议大家接好家里的地线和购买好的插座板,或使用一导线将金属外壳与地相连,消除由于Y电容所产生的悬浮电压。

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