Conexión a tierra de una fuente de alimentación de bricolaje

Estoy tratando de desarrollar una fuente de alimentación de banco. Ahora, antes de continuar, me doy cuenta de que hay disponibles comerciales realmente baratos. Tengo dos. Quiero desarrollar uno yo mismo.

La forma en que lo he pensado: transformador reductor (sin derivación central ni nada). Esto producirá un pequeño voltaje de CA y me dará aislamiento.

Luego rectificaré esa CA en CC y tendré un límite de suavizado para lidiar con la ondulación causada por la carga.

Con el transformador consigo aislamiento. Esto significa que mi fuente de alimentación estará flotando. En este punto de mi diseño, estoy tratando de concretar los conceptos básicos, por lo que no me estoy enfocando en el acoplamiento capacitivo a la tierra o el acoplamiento resistivo, etc.

Entonces, con una fuente de alimentación flotante, digamos que estoy tratando de rectificar 15V. Esto significa que tendré 15 VCC de DC Vin a DC Vreturn. Pero este 15V puede estar sentado en el aire (ya que está flotando).

Ahora, cuando, por ejemplo, lo probaré con un o-scope, haré referencia efectiva al retorno de mi fuente de alimentación flotante + aislada a la Tierra (debido a la conexión a tierra del o-scope) y eso esencialmente traerá mis 15 VCC a tierra. nivel desde lo alto "en el aire"

El problema: ¿Hará que salten chispas por todas partes al sondear o-scope alguno de estos diseños y/o cualquier circuito que se alimentará con este diseño de potencia? No creo que lo haría, pero no tengo mucha experiencia con la rectificación de CA (pero leí toneladas de cosas y simulé el diseño de mi fuente de alimentación para el contenido de mi corazón). Voltaje de CC, relativamente puedo manejar eso mejor

¡Mi punto principal es la seguridad porque quiero vivir!.

Este puede ser un punto posterior para abordar (refiriéndose a una declaración anterior): tengo aislamiento a través de un transformador reductor (sin derivación central). ¿Por qué no puedo tomar una conexión a tierra separada y vincularla al retorno de CC de mi fuente de alimentación (a través de una resistencia de 100 K o 1 MEG) y hacer referencia efectiva a mi fuente de alimentación flotante a la Tierra? De esta manera no estará flotando en el "aire"

¡Gracias por mirar chicos!

Esto es lo que he entendido: puedo sondear con seguridad el voltaje de CA reducido del transformador ya que el transformador está aislado (no está conectado al centro) Ahora, si esa suposición es correcta, avancemos rápidamente hasta el punto donde he rectificado la CA a CC y ahora tienen una fuente de CC relativamente libre de ondulación. ¿Debo atar mi tierra flotante de CC a una conexión a tierra a través de un cable externo o eso me quitará la ventaja del aislamiento? No quiero que mi salida flotante flote a un alto voltaje. No planeo conectar varias fuentes de alimentación flotantes juntas o algo así

Respuestas (2)

Para responder a la pregunta básica de su suministro "no referenciado a tierra " (es decir, flotante), será seguro probarlo con su osciloscopio. Sin embargo, debe usar un transformador de doble aislamiento de buena calidad con un acoplamiento capacitivo bajo entre los devanados.
Puede pensar en el suministro como una batería.
Tenga en cuenta que cuando conecta el cable de tierra de la sonda, el suministro se referencia a la tierra de la red .

El voltaje siempre es relativo a algo, no puede simplemente decir "este punto está a 10 V", sino "este punto está a +10 V en relación con este punto" o "este punto está a -5 V en relación con este punto". El punto de referencia generalmente se denomina "tierra del circuito", tenga en cuenta que este punto no tiene que ser el mismo que "tierra a tierra" (es decir, tierra principal)

El problema principal con los osciloscopios es cuando tiene un suministro que tiene su circuito a tierra referenciado a tierra y no al mismo potencial (y baja impedancia, capaz de suministrar una buena cantidad de corriente) porque la tierra de la sonda del osciloscopio es directamente (es decir,
baja impedancia) conectado a la tierra de la red, no puede conectarlo a nada con referencia a tierra y que no tenga el mismo potencial (es decir, 0 V).
Puede conectarlo a la fuente sin referencia, ya que es como conectarlo a un terminal de un batería (entonces el otro lado de la batería se convierte en +/- el voltaje de la batería en relación con la tierra de la red)

Muchos suministros de banco tienen una salida sin referencia, pero también tienen un terminal de tierra que puede usar si desea conectar la salida a tierra. Si conecta el terminal positivo a tierra, el suministro es negativo en relación con el terminal de tierra, y viceversa. Puede hacer esto con su suministro si lo desea. En la imagen a continuación, el terminal verde central es la conexión a tierra del chasis (conexión a tierra). La ficha técnica explica el uso del terminal.

suministro de banco

EDITAR : para tratar de explicar el problema de la tierra flotante de baja impedancia, eche un vistazo a este circuito, un suministro de polaridad dual no regulado (alrededor de +/- 16V / 15A):

Sonda conectada al suministro flotante

Aquí está la corriente a través del cable de tierra de la sonda:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí todo está bien, ya que la fuente no tiene conexión de referencia de baja impedancia con tierra de red, por lo que podría conectar la tierra de la sonda a cualquiera de los terminales y obtener el mismo resultado. Hay una pequeña corriente de fuga a través de Rleak y Rleak2, lo cual es normal (he omitido la fuga capacitiva)

Ahora, ¿qué sucede si conectamos la tierra (ver 0ω Rearth se agrega), no a la tierra del circuito , sino al suministro negativo (por lo que ya no es el suministro negativo, podría ser, por ejemplo, la tierra del chasis) Ahora nuestra tierra del circuito está flotando 16V arriba conexión a tierra y es de baja impedancia.

Alimentación con suelo flotante de baja impedancia

Ahora mire la corriente a través del cable de tierra de la sonda:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hay un gran flujo de corriente (es decir, la corriente total que puede entregar el suministro), que solo está limitada por la resistencia del devanado de salida del transformador de suministro. Esto no está bien ;-)

Esto es lo mismo que simplemente conectar la tierra de la sonda al riel V+ de cualquier circuito con su tierra conectada a la tierra de la red (a través de una baja impedancia).
Sin embargo, nos muestra que la tierra del circuito no siempre está a 0V con respecto a la tierra de la red, por lo que debemos tener cuidado y verificar antes de conectar la tierra de la sonda.

Entiendo sin referencia y flotante. Pero lo que no entiendo es cuando dijiste "El problema principal con los osciloscopios es cuando tienes un suministro que tiene su circuito a tierra referenciado a tierra y no al mismo potencial (y baja impedancia, capaz de suministrar una buena cantidad de actual) Debido a que la tierra de la sonda del osciloscopio está conectada directamente (es decir, de baja impedancia) a la tierra de la red eléctrica, no puede conectarla a nada que haga referencia a tierra y no al mismo potencial (es decir, 0 V)". ¿Puede ampliar ese punto con un ejemplo? para que pueda comprenderlo mejor. Gracias
Bien, agregué un par de ejemplos, espero que tengan sentido. Avísame si no lo hacen.
Entonces, la forma en que funciona es esta: sin hacer referencia a mi fuente de alimentación flotante a tierra, puedo probar cualquier punto que quiera de mi fuente de alimentación flotante. Sin embargo, no tengo un diseño de fuente de alimentación de riel dividido. Si mi osciloscopio está conectado a tierra con el mismo suelo y (si) mi fuente de alimentación flotante está conectada a tierra, ¿por qué debería fluir corriente a través de él? Todavía no lo entiendo completamente, pero estoy siguiendo tu diagrama. Por cierto, ¿hay alguna forma más privada de compartir mi esquema contigo? No es como si estuviera tratando de vender mi diseño más tarde, pero tampoco es hardware abierto jajaja. Gracias.
Un seguimiento rápido: ¿Por qué estaría conectando tierra al suministro negativo? Preferiría conectarlo a la ruta de retorno de CC y no tener ese problema de la corriente, como muestran sus formas de onda.
Si la tierra de su fuente de alimentación está conectada a tierra, entonces no hay problema con conectar la tierra de la sonda. Solo si la conexión a tierra del circuito no está en la conexión a tierra , existe un problema; en el segundo ejemplo, observe que no hay un riel negativo; este punto se ha convertido en la conexión a tierra del chasis. Básicamente, mientras no haya diferencia de voltaje entre la tierra de la sonda y a lo que la conectas, no hay problema. Por ejemplo, en el segundo ejemplo, sería seguro conectar la sonda al punto marcado como tierra del chasis, pero no a ninguno de los otros dos puntos (tierra del circuito o V+)
Oh Ahora lo entiendo. En retrospectiva es obvio ahora. Cuando conectó tierra a tierra al riel -V, ese riel esencialmente se convirtió en tierra ... o 0 voltios verdaderos. Al mismo tiempo, la 'tierra del circuito' se convirtió en 16V por encima de ella. Ahora, cuando el cable de tierra de la sonda (ruta de baja impedancia a tierra) se conectó a la tierra del circuito, los 16 V a 0 V causaron que fluyeran corrientes altas debido a la baja impedancia de esa ruta. Ahora, si tuviera que conectar el cable de tierra de las sondas al cable del chasis (conectado a tierra) y sondear la 'tierra del circuito' y el 'carril +ve', habría encontrado que eran de 16 V y 32 V respectivamente.
Me gustó la forma en que modelaste el transformador. Me gustaría mantenerlos informados sobre mi diseño. ¿Hay alguna manera fácil de compartir mi esquema con usted (LTspice ... por lo tanto, una plataforma común) y puede criticarlo? Todavía estoy aprendiendo esto del aire acondicionado y estoy un poco cansado... por buenas razones también.

Sí, puede hacer referencia al común de su fuente de alimentación a tierra. Use un enchufe y un cable de tres puntas, y conecte el común de su circuito a tierra. Además, también puede conectar a tierra el chasis de metal de su fuente de alimentación.

Sin embargo, una resistencia de un mega no es la forma de hacer referencia a una tierra. Esto podría funcionar para hacer referencia al terminal + de un amplificador operacional a tierra, cuando se trata de un dispositivo JFET cuya impedancia es 1E + 12 ohmios. Recuerda que V = IR. Una pequeña corriente que fluye a través de una resistencia de megaohmios puede crear un voltaje considerable, lo que significa que el otro extremo de esa resistencia ya no está cerca del potencial de tierra. ¡ Un micro -amperio por un megaohmio hace un voltio!

La forma en que hace referencia a una fuente de alimentación común a alguna tierra exterior es a través (idealmente) de cero ohmios. Lo mismo con su chasis y cualquier otra cosa que esté conectada a tierra. Eso también es por seguridad. Una tierra de seguridad tiene que ser el camino de menor resistencia. Una tierra que está detrás de un megaohmio o incluso 100K no protegerá a una persona.

Hay algunas ventajas de hacer flotar su fuente de alimentación: y es que su circuito está aislado del ruido causado por los bucles de tierra.

Algunos equipos de audio profesional cuentan con un interruptor de "elevación a tierra". Tengo aquí un ecualizador montado en rack de 31 bandas AB International con un interruptor de este tipo en la parte posterior, por ejemplo. Esto puede ser una cura rápida y sucia para el ruido como el zumbido de 60 ciclos. Un interruptor de elevación a tierra no debe romper la tierra de seguridad del chasis, sino solo separar el común del dispositivo de la tierra.

La resistencia de 100 K debía hacer referencia a la fuente de alimentación flotante a tierra sin que realmente estuviera conectada a tierra. Sin ella, la fuente de alimentación flotante estará en algún lugar del espacio (con 15 V CC, por ejemplo, en una salida de CC). Además, el uso de un transformador reductor sin derivación central proporciona aislamiento de la CA principal. En cuanto a mi pregunta de mi publicación anterior:
El problema: ¿Hará que salten chispas por todas partes al sondear o-scope alguno de estos diseños y/o cualquier circuito que se alimentará con este diseño de energía? No creo que lo haría, pero no tengo mucha experiencia con la rectificación de CA (pero leí toneladas de cosas y simulé el diseño de mi fuente de alimentación para el contenido de mi corazón). Voltaje de CC, puedo manejarlo relativamente mejor. Mi punto principal es la seguridad porque ¡quiero vivir!
Hay situaciones en las que no puede conectar la tierra de su osciloscopio a la tierra de otro equipo, como cuando se trata de un equipo de muy alto voltaje con su propia tierra que en realidad puede generar o absorber corriente. En esas situaciones, use un osciloscopio de rastreo dual en modo XY y podrá rastrear las diferencias de voltaje en el dispositivo sin puentear su conexión a tierra.
No creo que tenga que preocuparse por conectar la tierra de un osciloscopio al devanado secundario flotante de ese transformador.
De acuerdo. Entonces, una vez que mi rectificación de CA a CC está completa y logro obtener una salida de CC relativamente libre de ondulación de, digamos, 15 V. Entonces puedo asumir con seguridad que mi "fuente de alimentación" de CC está flotando. Sin embargo, ¿cómo me aseguro de que esta fuente de alimentación plana no flote a un nivel de voltaje diferente? Lo que quiero decir es: tendré 15 V CC, pero ¿en qué parte del espacio estarán estos 15 V CC? Entonces, para eso ... ¿no necesito hacer referencia al retorno de CC a tierra a través de una tapa (o una resistencia que corrigió anteriormente ...)
Dónde en el espacio: esa es una buena pregunta. Cuando el devanado secundario no está energizado, ¿dónde está entonces en relación a tierra? Eso depende de qué tipo de campo eléctrico exista entre él y un terreno cercano. Eso podría ser casi nada, o podría ser alto. (Suponga que usa suelas de goma y frota sus pies en una alfombra, luego toca ese circuito secundario. ¿En qué lugar del espacio está entonces?)
Ahora, independientemente de dónde esté ese circuito de devanado secundario, ¿cuál es el efecto cuando el devanado primario induce un voltaje en él? Este voltaje inducido no puede aumentar el nivel de voltaje en general. Lo que sucede es que hay una separación local de cargas dentro del circuito. Por lo tanto, es lógico que un extremo de la bobina oscile positivamente, mientras que el otro oscile negativamente.
No quiero sonar pesado, pero no entiendo muy bien tu explicación. Permítanme reformular: para asegurarme de que mi tierra esté referenciada a "0 voltios", ¿es prudente vincular mi retorno de CC a la Tierra a través de una conexión separada? Tenga en cuenta que estoy buscando seguridad y el hecho de que esta fuente de alimentación se usará para alimentar varios circuitos de placa de pruebas, etc. Será una fuente de alimentación de banco genérica (aislada de la red eléctrica debido a un transformador reductor con derivación no central) y también tenga en cuenta que lo probaré con mi osciloscopio que está conectado a tierra y no quiero deshacerme de su conexión a tierra.
Conexión a tierra de una fuente de alimentación de bricolaje
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