台式电源如何正确接地连接

你的台式电源是否有一个绿色的接地端子,就像图1所示的B&K Precision1550电源?

假设有,我们如何以及何时使用这些连接?例如,图2显示了与通常随电源出售的跳线排的三种可能连接。如果将绿色接地端子接在红色输出端子上,会不会损坏电源?如果不接地,会不会有安全问题?

为了更好地理解这些问题,我们将打开电源,检查与地线相关的内部连接。这些问题的答案将帮助我们了解所有线路驱动的电源,并让我们对安全有一个更好的理解。


1 :B&K Precision 1550单输出电源的图片,重点是面板连接。


2 :图片显示电源接地连接的三种可能连接方式。

安全接地

让我们从显而易见的开始:关于接地和连接的全面讨论超出了本文的范围。最新标准可咨询UL、NEC等权威机构。

话虽如此,我们可以通过检查B&K 1550来发现一些指导方针。首先,或许也是最重要的一点是,外露的金属机箱要接地。这在图3的左侧面板中清晰地显示出来。这里我们可以看到IEC电源连接器的背面。接地连接(黄色线)用螺丝固定在机箱上。端子法兰包括一个外齿锁紧垫圈,以确保导线法兰与机箱之间的低电阻连接。


3 :输入接地用螺丝固定在机箱上(左),面板接地焊接到机箱上(右)的图片。

技术贴士 :在理想的操作条件下,安全接地的电流为零。但是,如果设备或墙内接线出现故障,安全接地必须能够传导全部交流线路电流。这种低电阻的东西,如暴露的金属机箱保护用户。低电阻对于提供高电流跳闸主断路器也是必要的。电线电阻高是特别危险的,因为它会导致持续的故障电流,并有可能引起火灾。

面板接地端子的连接如图3的右图所示。在这里,我们看到一条带绿色条纹的黄线从机箱连接到一个小电路板,该电路板连接到面板香蕉插孔。观察电线的端子耳是点焊到金属底盘上的。另一侧焊接在PCB上。

在回答我们最初的问题之前,我们应该看看图4。这是电源的主电路板。这是一个开关模式电源(SMPS)。它不是一个60赫兹的大型变压器,而是一个高频变压器。其结果是比传统的变压器解决方案更小更轻。

这幅图的重要部分是红线的划分。这表示电路的交流线路输入(上)和稳压直流部分(下)之间的边界。只有少数几个项目跨越线路,包括变压器,光耦合器和安全额定电容器。这提供了一个很好的隔离措施,因为没有直接连接。

输入和输出部分之间的这种隔离是我们开场问题的核心。


4 :B&K Precision 1550电源的主电路板,输入和输出部分之间有突出显示的分界线。

通过适当的隔离,电源的直流部分会浮起来。在理想情况下,它的作用就像电池一样,正负端之间没有固有的连接。就像电池一样,我们可以自由地将浮动电源连接到其他电源上。例如,我们可以堆叠(串联)两个36 VDC的B&K 1550电源在一起,以获得72 VDC。

安全须知:浮动电源不排除所有的电流路径。我们可以预期高阻抗漏电流。作为一个说明性的故事,以我的旧笔记本电脑为例。它的漏电流非常大。你不能光着脚使用电脑,也不能在电脑充电的时候使用。你能感觉到脚趾里的漏电流!如果你能感觉到泄漏电流,它肯定是高到足以击穿和破坏任何未受保护的金属氧化物半导体(MOS)器件,如MOSFETS 或微控制器的门。当然,如果你能感觉到电流,那就说明出现了严重的问题,需要立即引起注意。

技术贴士 :虽然电源的输出浮起来了,但还是有局限性的。例如,假设我们有1550个电源中的4个。理论上,我们可以将最低的电源接地,然后将电源串联在一起。这就像堆叠4个36伏直流电池,提供总共144伏直流电压。在实践中,我们应该非常小心,因为电隔离是有限制的。一定要查阅数据手册或制造商,以确定任何给定电源的最大连续直流偏置。在我们的示例中,在我们的4串联连接示例中,上电源具有108 VDC偏移。

安全须知:随着串联电源数量的增加,存在安全隐患。首先,我们通过了OSHA的高电压阈值,有触电的真正危险。其次,人为因素的限制开始发挥作用,因为我们可能会变得自满,忘记关闭一部分电源。同样,这是一个触电的危险。你和你周围的人使用单个较大的电源可能比使用一群较小的电源更安全。

一些想法

考虑到所有的事情,最好的做法是保持跳线安装与安全接地良好连接,例如,将绿色端子连接到黑色端子。当我们将项目连接到外部测试设备(如函数发生器和示波器)时,这可能更重要。请注意,示波器探头的接地耳连接到接地。在MOS周围工作时,对高阻抗泄漏电流的警告可能非常重要。操作不接地电源的结果可能与在没有正确接地的工作台或没有接地带的电路上工作的结果相同。唯一的缺点是接地回路,但这是另一天的讨论。

更多内容:

  1. 准备工作:
    确认电源插座有接地端。一般三孔插座中,上方的孔为接地孔。确保插座的接地线路连接良好,可使用电笔或专业的接地测试仪进行检测。
    准备一根合适的接地线,一般选择铜质导线,线径根据电源功率和实际需求确定,通常不小于 1.5 平方毫米。
  2. 连接步骤:
    打开台式电脑机箱,找到电源外壳上的接地螺丝或接地柱。通常在电源的金属外壳上,会有一个明显的螺丝孔或金属柱用于接地。
    将接地线的一端牢固地连接到电源的接地螺丝或接地柱上,确保连接紧密,可使用螺丝刀拧紧螺丝。
    另一端连接到插座的接地端。如果插座的接地端是一个螺丝孔,可将接地线缠绕在螺丝上并拧紧;如果是一个接地插孔,可使用专用的接地插头插入插孔。
  3. 检查与测试:
    连接完成后,仔细检查接地线的连接是否牢固,有无松动或接触不良的情况。
    可以使用万用表的电阻档来测试接地电阻,将万用表的一端连接到电源的接地端,另一端连接到插座的接地端,电阻值应在几欧姆以下,越小说明接地效果越好。

在进行接地连接时,务必确保电源已关闭并拔掉插头,以防止触电危险。如果对电气知识不熟悉,建议请专业的电工或技术人员进行接地连接,以确保安全和正确。

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台式电源的接地需遵循“电源线接地为主,机箱辅助接地为辅”的原则,确保接地路径低阻抗且稳定。对于DIY装机用户,建议优先使用标准三孔插座,并定期检查接地可靠性,以保障设备安全和使用寿命。

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1. 接地的基本原理

  • 安全接地:将电源外壳与大地连接,防止漏电时外壳带电引发触电。
  • 信号接地:为电路提供稳定的参考电位,降低噪声干扰(如高频噪声、共模干扰)。
  • 防静电接地:消除静电积累,保护敏感电子元件。

2. 接地连接的步骤

(1) 使用三脚电源插头

  • 三脚插头定义
    • 火线(L):提供电流的相线(如220V AC)。
    • 零线(N):电流返回路径。
    • 地线(E/GND):直接连接大地(黄绿双色线)。
  • 操作
    • 确保电源线为三芯电缆,且地线(黄绿色)正确连接到电源外壳或接地端子。
    • 插入带有接地功能的插座(如国标三孔插座)。

(2) 检查电源插座接地

  • 验证方法
    • 使用万用表测量插座地线与零线/火线间的电压:
      • 地线与零线电压应接近 0V(正常情况)。
      • 地线与火线电压应为 220V AC(国内标准)。
    • 若地线无效(如电压异常或插座未接地),需修复插座接地系统。

(3) 独立接地系统(实验室/工业场景)

  • 接地排(接地母线)
    • 在实验室或工业环境中,通过铜排或接地棒建立独立接地系统。
    • 将电源外壳、实验台金属框架、设备接地端子统一连接到接地排。
  • 接地电阻要求
    • 接地电阻应 ≤4Ω(IEC标准),可使用接地电阻测试仪验证。

(4) 电源内部的接地端子

  • 部分台式电源(如可调直流电源)设有独立的 GND 端子
    • 将负载的接地端与电源的 GND 端子直接连接,确保共地。
    • 多设备互联时,所有设备需共地以避免电位差干扰。

3. 不同场景的接地方案

(1) 家庭/普通环境

  • 直接使用三脚插头接入已接地的市电插座。
  • 注意:老旧建筑可能存在地线缺失问题,需先检测插座接地有效性。

(2) 实验室/精密设备

  • 独立接地
    • 避免与市电共用接地,减少电网噪声干扰。
    • 使用低阻抗接地线(如截面积≥2.5mm²的铜线)。
  • 防地线环路
    • 多设备互联时采用“单点接地”,避免形成闭合环路。

(3) 工业环境

  • 三相五线制(TN-S系统)
    • 电源输入为三相(L1/L2/L3)+ 零线(N)+ 地线(PE)。
    • 地线(PE)与零线(N)在变压器端共地,但用户端严格分开。

4. 测试接地是否有效

  • 方法1:万用表测量
    • 测量电源外壳与已知接地点(如接地排)间的电压,正常应为 0V
    • 若存在电压(如几伏至几十伏),说明接地不良。
  • 方法2:接地电阻测试仪
    • 专业设备测量接地电阻,确保 ≤4Ω
  • 方法3:漏电保护测试
    • 模拟漏电(如用高阻值电阻连接火线与外壳),漏电保护器应跳闸。

5. 常见错误与风险

  • 错误1:地线悬空(未接地)
    • 风险:漏电时外壳带电,引发触电。
  • 错误2:地线与零线短接
    • 风险:零线故障时地线带电,失去保护作用。
  • 错误3:地线环路干扰
    • 现象:多设备接地形成环路,引入电磁噪声。

6. 高级应用:特殊接地需求

  • 高频电路
    • 使用多点接地或混合接地,降低高频阻抗。
  • 防静电工作台(ESD)
    • 工作台表面通过1MΩ电阻接地,缓慢释放静电。
  • 医疗设备
    • 采用“隔离电源+局部等电位接地”,确保患者安全。