¿Por qué es importante aislar las fuentes de alimentación de red?

En todas las fuentes de alimentación de la computadora y otras fuentes de alimentación que he desmontado, he notado que están completamente aisladas de la red eléctrica. Aislamiento galvánico a través de transformadores, y a menudo aislamiento óptico para retroalimentación. Por lo general, hay un espacio muy visible en las trazas entre los lados primario y secundario, de al menos 8 mm de ancho. ¿Por qué es importante aislar estos suministros?

Debido a que el suministro de la red eléctrica es muy impredecible y puede hacer todo tipo de cosas fuera de su especificación nominal, lo que podría dañar los componentes o al menos romper los supuestos de diseño nominal. Un diseño no aislado también tiene todos sus voltajes referenciados a uno de los conductores de la red eléctrica, que pueden tener o no una relación útil / segura con otros potenciales en su entorno (como tierra / tierra, por ejemplo).

Si lo único en el lado de bajo voltaje es la electrónica inaccesible, entonces los suministros no aislados están bien: tienden a ser mucho más baratos / simples que los suministros aislados, y muchos equipos domésticos los usan. Incluso cosas como los televisores solían funcionar así, si vuelves antes de cuando tenían conexiones externas de video / audio. La conexión de la antena era la única toma externa, y estaba aislada por condensador.

Si un ser humano o un equipo de terceros necesita interconectarse con el lado de bajo voltaje de su diseño, entonces un suministro aislado le brinda una barrera clara a través de la cual no pasarán voltajes peligrosos, incluso en el caso de falla de un componente, y significa que su circuito ahora está 'flotando' en relación con la red eléctrica. A su vez, eso significa que puede organizar que todos los componentes electrónicos funcionen cerca del potencial de tierra, con todos sus equipos interconectados que tengan al menos aproximadamente la misma referencia de voltaje para trabajar.

Respuesta corta (oooh, este es un juego de palabras, espera ...): seguridad. ¿Cuál sería el efecto de un corto desde 240V o más alto a ... bueno, cualquier cosa? Dispositivos de baja tensión? ¡Muerto! ¿Casa? ¡En llamas! ¿Demanda judicial? ¡Pendiente! El aislamiento al menos hace imposible un cortocircuito directo a la pared y un corto indirecto menos peligroso y menos probable. Por ejemplo, si el voltaje de la pared fríe totalmente todo en un lado del transformador, tiene un transformador que no funciona. Un transformador que no funciona significa que no hay acoplamiento ni voltaje en el otro lado, por lo que no hay daños. Además, hay más opciones de protección para el lado de menor voltaje (opciones de protección menos costosas de todos modos).

Puedo pensar en algunos:

• Ayuda a aislar las salidas de eventos peligrosos a nivel de línea (rayos, sobretensiones, etc.) ya que la mayoría de los transformadores se reducen en las fuentes de alimentación comerciales
• Le permite usar el chasis del equipo como un escudo de seguridad, poniéndolo a tierra (cualquier conducción de la red eléctrica al chasis provocará un disparo de fusible o un interruptor automático, desconectando rápidamente la falla)
• Asegura que exista un margen suficiente en el diseño para evitar el arco de primario a secundario, incluso en entornos poco limpios (el polvo de tóner es un puente de separación particularmente desagradable)
• Reduce la 'rigidez' de la fuente de energía: un pequeño transformador se saturará mucho más rápido que la red eléctrica, lo que también tiene el efecto de elevar la corriente primaria y activar algún tipo de dispositivo de seguridad (fusible, interruptor, etc.)
• Las organizaciones reguladoras lo requieren en la mayoría de las aplicaciones: IEC 60950, CSA C22.2, etc.

Además de los problemas de seguridad mencionados, también hay un problema práctico: incluso si uno supiera que los cables de suministro de CA neutros siempre estarían a potencial de tierra, sería difícil diseñar un suministro de CC de bajo voltaje sin transformador que tomara corriente igualmente en el dos mitades de cada ciclo de línea sin que el lado de CC tenga una oscilación de voltaje de modo común significativa en relación con la línea de suministro neutral. Incluso si la oscilación de voltaje en una "tierra" expuesta fuera lo suficientemente baja como para no representar un riesgo de electrocución, la conexión de las tierras del lado de CC de diferentes dispositivos podría perturbar su comportamiento.

Usar transformadores para hacer flotar un suministro no es realmente más difícil que hacer que la tierra de CC coincida con el suministro de CA neutral. En realidad, no hay ninguna desventaja en que los suministros de CC de bajo voltaje floten en relación con los dos cables de entrada de alimentación, y en la práctica, la conexión a tierra de CC al neutro de CA introduciría algunos riesgos de seguridad innecesarios. Esos argumentos juntos forman un argumento bastante convincente a favor de aislar los suministros de CC de bajo voltaje de la línea de CA.

No podemos confiar en que ninguno de los conductores de suministro sea seguro por varias razones.

1. En algunos países no puede confiar en qué conductor está vivo y cuál es neutral, ya sea porque los enchufes no están polarizados, porque los instaladores no prestan mucha atención a la polaridad o porque el uso de extensiones / adaptadores que pueden no mantener correctamente la polaridad es común .
2. Los cables pueden romperse, si el cable neutro se rompe y hay carga en el sistema, entonces el cable neutro alcanzará los voltios de la red.
3. Incluso en funcionamiento normal con la polaridad correcta, puede haber voltaje en el neutro debido a una caída de voltaje. Si bien el voltaje es bajo, la impedancia también es muy baja, por lo que puede ser un riesgo de incendio.

Como resultado de este moderno aparato, los estándares generalmente tratan los conductores vivos y neutros como potencialmente peligrosos. Esto deja a los vendedores de electrodomésticos con dos opciones principales para proteger los usos.

1. Aísle y a prueba de contacto todas las partes eléctricas, eso funciona bien para dispositivos simples, pero no es realmente práctico para cosas como computadoras con un montón de puertos accesibles para el usuario.
2. Coloque una barrera de aislamiento en la fuente de alimentación para que la parte de bajo voltaje sea segura al tacto.