作为音视频项目施工的一线从业人员,我们经常会遇到各种各样的问题。
比如每台设备明明可以单独正常工作的,可一旦全部连接起来,其中某些设备就不能正常工作了,更严重的是突然把内部主板烧坏了。是什么原因导致这种情况,又该如何解决呢?
一.开关电源并非完全做到了电源隔离。
电子设备的开关电源为了解决抗干扰问题,必须引入高频滤波或者释放电容。这些电容导致了电荷跨机器进行释放。
我们先来分析下设备之间电源电压差的原因和处理方法。
开关电源模块的电磁干扰一直是一个最需要解决的问题。从原理上来讲电磁干扰主要来自于两个方面,分别是传导干扰和辐射干扰。
传导干扰:由于电路中寄生参数的存在,以及开关电源中调频开关器件的开通与关断,使得开电源在市电交流输入端产生较大共模干扰和差模干扰。
辐射干扰:由于导体中电流的变化会在其周围空间中产生变化的磁场,而变化的磁场又产生变化的电场。电路中变化电流的幅度和频率决定其产生的电磁的大小以及其作用范围。为了减轻和抵制这些电磁干扰电网以及电子设备产生的危害,在电路设计中加了X电容和Y电容。
X电容作用
X电容用来消除差模干扰,主要是起滤波作用,与共模电感匹配, 并联在输入的两端,滤除L、N线之间的差模信号。通常选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容,体积较大其允许瞬间充放电的电流比较大,而其内阻相应较小。另外X电容也会采用塑封的方形高压CBB电容,CBB电容不但有更好的电气性能。而且与电源的输入端并联可以有效的减小高频脉冲对电源的影响。
X电容应用
一般两根引脚跨接在零线和火线之间,适用于高频、直流、交流、耦合,跨接脉冲电路中,能够能承受过压冲击,一般与电阻并联使用,目的是起到泄放电荷作用(如图1中的C4就是X电容)。
Y电容作用1
Y电容用来消除共模干扰。分别跨接在电力线两线和地之间(L-E,N-E)的电容一般是成对出现(图中C1,C2),滤除高次谐波,防止干扰,提高输出电压质量。基于漏电流的限制,Y电容值不能太大,Y电容通常采用高压瓷片的。
Y电容应用2
一部分隔离式开关电源在初级和次级上加电容是为了给次级的共模电流提供一个回路到初级,减少共模电流对输出的影响(图1中C7)。

图1
Y电容通常接法有四种情况:
①输入端和共模电感形成滤波器,L和N分别对E端(图中C1,C2)。
② 储能大电容正负端E加(如图4所示)。
③ 输出端对E加。
④ 变压器原副边跨接(图中C7)。
X电容和Y电容同属于安规电容。当安规电容器失效后,不会产生电击,不会危及人身安全。安规电容通常用于抗干扰电路中起滤波的作用,安规电容的放电和普通电容不一样,普通电容在外部电源断开后电荷会保留很长时间,如果用手触摸就会被电到。而安规电容则没这个问题。X电容和Y电容应用在开关电源中各种作用都不同,都是不可以互相替换的。
二.安规电容的存在,导致的兼容性问题。
以上分析了为了抗干扰,必须引入滤波电容和电荷释放电容。这些电容的容量虽然很小,但是有电流泄露出来。
一般情况下,泄露的电流不会达到电伤人的程度,但是他仍然会引起几个问题:
1.使用开关电源的设备,在有些情况下,人们触摸机身,会有轻微触电的感觉。这是因为内部开关电源的安规电容导致的漏电,然后机箱没有良好接地,导致机箱和地电位之间有个电压差。
2.不同设备之间会有一个电压差。这个也是安规电容导致的。在使用品字插头的电源线,并使用同一个电源插座,并且电源插座有接地线,那么就可以消除这个电压差。
如果设备之间没有良好接地,这个电压差会导致设备之间的地电位是不等势的,我可以用万用表的AC档测量到两台设备的对外接口的外壳(DB9的外部金属部分,HDMI接口的外壳部分)之间会有一个电压差幅度从AC ~10V到AV ~100V。如果安规电容再不合规,那么两个设备的信号线接在一起,会通过信号线把更高的工作电压传递到另外一台设备。结果就是两台设备都不能正常工作。严重的甚至会烧掉内部主板。
3.一般品字口插头供电的设备,都会接好地线,然后共用一个插座或者很近的供电线路,就不会有问题。
容易出问题的是:
1.电视机,这种两孔插头供电的设备。
2.使用电源适配器的设备,包括HDBAST高清传输器,信号延长器,摄像机等等设备。
很多HDBAST的传输器就是这么烧掉的。有些接了电视机的矩阵,也会出现不能正常工作,甚至烧掉矩阵输入输出办卡的情况。
解决设备之间零电位电压差的方法
1.尽量使用品字接口的设备。
2.如果遇到两孔插头供电的设备或者电源适配器供电的设备。
要做到:
1.所有设备的供电尽量在一个插座上或者一组插座上。
2.所有的设备尽量做到可靠接地,比如机柜里面的设备全部把接地端和机柜的接地点连接起来。
3.如果遇到设备不能正常工作,可以先拔掉两孔插头供电的设备或者电源适配器供电的设备,判断是不是零电位电压差导致的问题。如果是的话,除了按照第一条的方法尽量把零电位统一起来,还可以把每个设备的外接接口的外壳部分,想办法和机柜的地线连接在一起。
4.使用光纤传输设备来隔离电压差。光纤不导电,是个有效的隔离电源的办法。
三.音视频工程项目中接地具体操作方法
在工程项目的施工中,我们要把所有的设备可靠接地,让每个设备的零电位保持一致,才能保证设备之间的兼容性,并保证这个设备可以安全可靠的工作。在大厂的设备说明书中都有一项要求:将电源线连接到产品和接地交流电源插座上。
我们生产的网络中控主机、音视频管理一体机这些设备都在这个电源插座的旁边,有一个接地的螺丝位,连上接地线就可以了。

右下角是网络中控主机的接地线螺丝位

右下角是音视频管理一体机MX-VM2000的接地线螺丝位
常用的一些设备,包括交换机,它也是有接地的位置,那么在正常的工程项目中,绝大多数的设备都有一个接地的端子,方便我们去让设备可靠接地。
设备上常用的接地符号。

接地的时候,我们要使用一条专用的接地线,然后一头把它拧在设备的接地螺丝位上,另一端连到机柜的集中接地点或者是把它打在机柜的这个固定机箱的螺丝位上。
在项目中有一种设备我们要非常小心,就是那种使用电源适配器的产品,包括那个传输器和电视机以及一些显示器等,使用电源适配器供电的设备。

因为电源插头是一个两芯的插头,所以它没有接地的端子,这个设备就不能保证可靠接地,在绝大多数情况下导致设备之间零点位的不平衡,就是因为使用了这种电源适配器。

在项目实践中,为了保证这些设备可以安全可靠的工作,我们有时候会在DC头拧一条电线,然后另一端把它接到机柜的螺丝位上,这样也可以让它可靠接地。
把设备固定在装在机柜上,设备的前面板使用螺丝做了固定,为什么还需要再通过设备的专用接地点去给设备接地。
这要分成三种情况。第一种情况是这个设备的前面板,它是使用氧化的工艺来做表面处理。面板经过氧化之后实际上是绝缘的,也就是说它没有导电的能力,那么肯定做不到良好的接地。
第二种情况是有一些机箱的面板是喷漆工艺。这个油漆它也是绝缘的,它会阻碍良好的接地。
第三种情况,设备的接地是做整体设计的,就是说设备的接地点有可能是和机箱里面的PCB的接地点连接起来的,在这种情况下只有通过接地点才能对整个设备做良好的接地。
四.总结
音视频系统的项目实施需要丰富的专业知识和经验积累。一名经验丰富的工程师,一家优秀的项目施工单位为乙方带来是高效率的项目施工和愉快的使用体验。