Практически каждый блок питания компьютера или периферийного устройства имеет сетевой фильтр (рис. 16.8). Конденсаторы этого фильтра предназначены для шунтирования высокочастотных помех питающей сети на землю через провод защитного заземления и соответствующую трехполюсную вилку и розетку. ╚Земляной╩ провод соединяют с контуром заземления, но допустимо его соединять и с ╚нулем╩ силовой сети (разница ощущается только в особо тяжелых условиях эксплуатации). При занулении необходимо быть уверенным в том, что ╚нуль╩ не станет фазой, если кто-нибудь вдруг перевернет вилку питания. Если же ╚земляной╩ провод устройства никуда не подключать, на корпусе устройства появится напряжение порядка 110 В переменного тока (рис. 16.9): конденсаторы фильтра работают как емкостной делитель напряжения, и поскольку их емкость одинакова, 220 В делится пополам.
Конечно, мощность этого ╚источника╩ ограничена √ ток короткого замыкания IКЗ на землю составляет доли миллиампер, причем чем мощнее блок питания, тем больше емкость конденсаторов фильтра. При емкости конденсатора С = 0,01 мкФ этот ток будет около 0,7 мА. Заметим, что здесь мы учитываем лишь частоту питающей сети, Для высокочастотных (импульсных) помех, приходящих как по сети, так и от входного преобразователя блока питания, те же конденсаторы представляют собой во много раз меньшее сопротивление, и ток короткого замыкания может возрастать во много раз.
Такие напряжение и ток опасны для человека. Попасть под напряжение можно, прикоснувшись одновременно к неокрашенным металлическим частям корпуса компьютера и, например, к батарее отопления. Это напряжение является одним из источников разности потенциалов между устройствами, от которой страдают интерфейсные схемы.
Посмотрим, что происходит при соединении двух устройств (компьютера в принтера) интерфейсным кабелем. Общий провод интерфейсов последовательных и параллельных портов связан со ╚схемной землей╩ и корпусом устройства. Если соединяемые устройства надежно заземлены (запулены) через отдельный провод на общий контур, проблемы разности потенциалов не возникает. Если же в качестве заземляющего провода использовать нулевой провод питания при разводке питающей сети с трехполюсными розетками двухпроводным кабелем, на нем будет набегать разность потенциалов, вызванная падением напряжения от протекающего силового тока. Если в эти же розетки включать устройства с большим энергопотреблением, разность потенциалов (и импульсные помехи при включении-выключении) будет ощутимой. Поскольку обычно сопротивление интерфейсного кабеля больше питающего, через общий провод интерфейса потечем ток, существенно меньший, чем силовой. Но при нарушении контакта в нулевом проводе питания через интерфейсный провод может протекать и весь ток, потребляемый устройством. Он может достигать нескольких ампер, что влечет выход устройств из строя. Не выровненные потенциалы корпусов устройств являются также источником помех в интерфейсах.
Если оба соединяемых устройства не заземлены, в случае их питания от одной фазы сети разность потенциалов между ними будет небольшой (вызванное разбросом емкостей конденсаторов в разных фильтрах). Если незаземленные устройства подключены к разным фазам, разность потенциалов между их несоединенными корпусами будет порядка 190 В, при этом уравнивающий ток через интерфейс может достигать десятка миллиампер. Когда все соединения/разъединения выполняются при отключенном питании, для интерфейсных схем такая ситуация почти безопасна. Но при коммутациях при включенном питании возможны неприятности: если контакты общего провода интерфейса соединяются позже (разъединяются раньше) сигнальных, разность потенциалов между схемными землями прикладывается к сигнальным цепям и они выгорают. Самый тяжелый случай √ соединение заземленного устройства с незаземленным, особенно когда у последнего мощный блок питания.
Для устройств, блоки питания которых имеют шнуры с двухполюсной вилкой, эти проблемы тоже актуальны. Такие блоки питания зачастую имеют сетевой фильтр, но с конденсаторами малой емкости (ток короткого замыкания достаточно мал).
Весьма коварны сетевые шнуры компьютеров с двухполюсной вилкой, которыми подключаются блоки питания с трехполюсным разъемом. Пользователи, подключающие свои компьютеры в бытовые розетки, могут столкнуться с проблемами из-за отсутствия заземления.
Локально проблемы заземления решает применение сетевых фильтров типа ╚Pilot╩ и им подобных. Питание от одного фильтра всех устройств, соединяемых интерфейсами, решает проблему разности потенциалов. Еще лучше, когда этот фильтр включен в трехполюсную розетку с заземлением (занулением). Однако заземляющие контакты (обжимающие ╚усики╩) многих розеток могут иметь плохой контакт вследствие своей слабой упругости или заусениц в пластмассовом кожухе. Кроме того, эти контакты не любят частых вынимания и вставки вилок, так что обесточивание оборудования по окончании работы лучше выполнять выключателем питания фильтра (предварительно выключив устройства).
ВНИМАНИЕ ≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈
Настоятельно рекомендуется отключать питание при подключении и отключении интерфейсных кабелей. Небольшая разность потенциалов, которая практически исчезнет при соединении устройств общими проводами интерфейсов, может пробить входные (и выходные) цепи сигнальных линий, если в момент присоединения разъема контакты общего провода соединятся позже сигнальных. От такой последовательности обычные разъемы не страхуют.
≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈
К помехам, вызванным разностью потенциалов схемных земель (корпусов) устройств, наиболее чувствительны параллельные порты. У последовательных портов зона нечувствительности шире (пороги ╠3 В), еще меньшую чувствительность имеют интерфейсы локальных сетей, где обычно присутствует гальваническая развязка сигнальных цепей от схемной земли с допустимым напряжением изоляции порядка 100 В.
Правила заземления в документации по импортной аппаратуре приводятся не всегда, поскольку подразумевается, что трехполюсная вилка всегда должна включаться в соответствующую розетку с заземлением, а не в двухполюсную с рассверленными отверстиями. В нашей стране распространены трехполюсные так называемые ╚евророзетки╩. Для заземления, как правило, используются контакты-усики, а не центральный заземляющий штырь.
Проблемы разводки электропитания и заземления стоят особенно остро в локальных сетях, поскольку здесь, как правило, имеется большое количество устройств (компьютеров и коммуникационного оборудования), соединенных между собой интерфейсными кабелями и значительно разнесенных в пространстве (локальная сеть может охватывать и многоэтажное здание).
Михаил Гук ╚Энциклопедия. Аппаратные средства IBM PC╩