如何使用X类和Y类安全电容器

隔离电源供应器有意使用不同的接地网来保持电源域的分离。这部分是出于安全考虑，部分是为了电磁兼容（EMC），尽管在某些行业标准中这两个领域有一定的关联。为了控制这些系统中的噪声，我们采用了一些重要技术作为EMI滤波的一部分。其中一种技术是使用所谓的安全电容器，也称为X类和Y类电容器。 这些电容器并没有什么特别或独特之处。就像去耦电容一样，“安全”一词指的是电容器的功能和放置位置，而不是指特定类型的电容器。我在这篇文章的使命是让你成为使用这些电容器的专家。让我们深入了解。

安全电容器的放置位置

在隔离电源供应器中，安全电容器主要放置在两个位置：

• 作为输入线电压上的滤波元件
• 作为电气隔离接地之间的网连接

在第一种情况下，X类和Y类电容器被放置在电源前端的EMI滤波电路中。这可能是在输入电源电缆上的铁氧体扼流圈以及EMI滤波阶段的共模或差模扼流圈之外。

在我们进一步讨论之前，让我们先澄清几个定义。X类和Y类电容器根据IEC 60384-14标准中规定的交流电压等级来定义。注意，这个标准是一个基于性能的标准，这意味着任何满足这些要求的电容器都应该在下表中获得相应的X或Y分类。

选择这些电容器的主要考虑因素是它们是否能承受某个目标峰值电压。对于Y类电容器，还要考虑交流电压幅度。基于这些点，我们现在可以看到这些电容器作为输入滤波的一部分必须放置在哪里。

隔离电源供应器中的放置

在隔离电源中，X类和Y类电容器被用来解决特定类型的噪声。Y类电容器用于通过使用一个共同的接地点来解决共模噪声。例如，在AC输入到DC电源中使用时，如下所示，每个线路和中性连接到地线上都使用一个Y类电容器。在桥式整流器之后也可以使用同类型的接地连接，尽管这非常不常见。 X类电容器以同样的方式用于滤除差模噪声，但它们是跨线和中性连接的。这些电容器也在下面显示。

在隔离电源中使用这些电容器的另一个场合是桥接两个电气隔离的地线。通常推荐使用Y类安全电容器，但也可以使用X类安全电容器。这里的想法是，连接允许高频噪声电流在需要时在地线之间传递，而不是让它们将能量辐射离开PCB。 这种连接的电容需求是，安全电容器的值必须远大于寄生绕组电容。这通常意味着1 nF到1 uF的Y类电容器将工作，这取决于需要绕过到系统主侧的频率范围。这种地网桥接连接如下所示。注意PGND在桥式整流器输出侧被定义的位置。

注意PGND被分配的位置：它是在桥式整流器之后！这非常重要，因为我们正在用2200 pF的电容连接两个DC地线。如果我们将其连接到中性线，我们将有高AC电压附加到2200 pF电容器上，这可能会破坏电容器。

X类和Y类电容器的示例

下面显示了一些可能满足IEC 60384-14性能要求的电容器示例。像这样的部件在Octopart上很容易找到；最佳策略是根据预期的AC电压保护要求（对于Y类）或X类的脉冲要求开始搜索。下表显示了一些Y类电容器的示例。

混合信号PCB中的分割地线怎么办？

首先，我要给新手设计师们一个最重要的建议：

停止将地面分为模拟和数字平面。这样做会带来比解决的问题更多的问题。

我本应该告诉人们继续这样做，因为他们将需要雇佣像我这样的人来解决分割平面后产生的EMI问题。幸好，我更关心你的钱包，而不是我的。

隔离电源和板卡中包含像ADC这样的隔离ASIC时，确实出于非常特定的原因包含了这些分割。但这并不意味着你的混合信号板仅仅因为它包含了ADC和MCU，你就应该做同样的事情。你最好还是使用统一的地平面。

话虽如此，在非常特定的情况下，对于低频测量和低信噪比值，使用分割平面和一个安全电容或铁氧体连接两个地面有时会更好。在这种情况下，你仍然可以使用电容或铁氧体（或两者兼用）来控制回流路径和噪声电流。如果你不知道如何或为什么要这样做，那就不要这样做。

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