выбираем сетевые фильтры и стабилизаторы / М.Видео-Эльдорадо corporate blog / Habr

Причины, по которым старое доброе электричество в домашней розетке выходит за пределы допустимых отклонений, бывают разные. Порой это временные скачки напряжений и всплески помех, иногда это систематические отклонения за пределы ГОСТов. В конечном итоге за это расплачивается домашняя техника, мгновенно или медленно умирая от «электрической интоксикации».

В этом посте мы расскажем о простых и недорогих способах «электрической гигиены» в зависимости от типа проблем в вашей электросети.

Зачем все это нужно

Лишь в идеальном мире ток в электрической розетке имеет только два состояния: он есть или его нет. В реальности «поведение» электрического питания имеет «аналоговый» непредсказуемый характер, неприятно удивляющий каждый раз, когда этого ждешь меньше всего.

Существует множество причин, по которым «питание от сети» может отклониться от нормы и даже выйти за пределы стандартных отклонений. Так, вечернее напряжение в сети – когда в каждой розетке каждой квартиры по включенному чайнику, телевизору или компьютеру — значительно отличается от напряжения в ночные или дневные часы с минимальной нагрузкой.

Другой пример: гражданин подключил к домашней сети промышленный сварочный аппарат, и все соседи по подъезду или дому наслаждаются импульсными помехами в виде полосок на экранах и треска в акустике.

В большинстве случаев снижение качества электропитания непредсказуемо и неизбежно из-за внешнего характера источника – как, например, импульсные скачки напряжения во время грозы. Иногда проблема известна очень даже хорошо – например, мощный фен, чайник или старинный холодильник, периодически рассылающие «электроикоту» по хлипкой домашней или офисной электропроводке, избавиться от которой выше наших сил, хотя в некоторых случаях вопрос решается простой подтяжкой контактов на всем пути.

Список возможных источников проблем с электричеством можно продолжить и дальше. Но будь то искрящие контакты в подъезде или регулярные перепады на подстанции – для владельца «внезапно» сгоревшей не по гарантии техники итог один.

Фильтр фильтру рознь

В самом названии устройства – «сетевой фильтр» — заложен ключевой принцип защиты: путем пассивной фильтрации входного напряжения. Простейшие недорогие варианты могут фильтровать высокочастотные помехи с помощью встроенных индуктивно-емкостных элементов (LC-фильтров) или бороться с импульсными помехами с помощью варисторных фильтров. Более дорогие экземпляры включают в себя оба вида фильтров.

Входное сетевое напряжение с высокочастотными и импульсными помехами

Напряжение после фильтрации импульсных помех варисторами

Выходное напряжение после LC-фильтрации высокочастотных помех

В действительно хорошем сетевом фильтре есть дополнительные средства защиты. Например, автоматический предохранитель, отключающий питание при определенной токовой перегрузке. Или специальные метал-оксидные варисторы, срабатывающие при экстремальных пиках напряжения во время грозы или в случае короткого замыкания.  

ЭРА SF-6es-2m-B: типичный сетевой фильтр

Некоторые сетевые фильтры предлагают дополнительные «сопутствующие услуги», например, обеспечивают фильтрацию и защиту для телефонной линии / факса, Ethernet-сети и телевизионной антенны. Возникновение подобных помех — не такая уж большая редкость в старых зданиях, кабельная разводка в которых за многие годы эксплуатации превратилась в многослойное и порой даже хаотичное переплетение силовых и сигнальных проводов с ветхими и проржавевшими контактами. Функции подобной фильтрации с равным успехом могут быть востребованы как в офисе, так и в домашних условиях.

Стабилизатор: полет нормальный

В отличие от сетевого фильтра, сглаживающего импульсные и высокочастотные искажения (помехи) пассивными средствами, сетевой стабилизатор активно воздействует на ключевой параметр электропитания – напряжение, компенсируя его отклонения.

До недавнего времени в России нормой для однофазной сети считалось напряжение 220 В ±10% (ГОСТ 5651-89), то есть нормальным считалось любое напряжение переменного тока в пределах от 198 до 244 вольт. С недавнего времени в силу вступил приведенный к европейским нормам межгосударственный стандарт ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), по которому стандартным считается сетевое напряжение 230 В ±10%, или от 207 до 253 В. Старые добрые 220 В, впрочем, пока никто не отменял – стандарты действуют параллельно, так что в целом можно учитывать примерный диапазон 200-250 В.

Почти вся современная компьютерная и бытовая электроника оснащается импульсными блоками питания, которые сами себе — прекрасные стабилизаторы и способны работать в широком диапазоне питающих напряжений. Так, например, подавляющее большинство компьютерных блоков питания – как встраиваемых в ПК, так и внешних, для ноутбуков и планшетов — рассчитаны на глобальное использование в большинстве стран мира с номинальным напряжением сети от 110 В до 240 В. В некоторых случаях такая техника «запускается» даже при напряжении всего 90-100 В. Соответственно, снижение напряжения в розетке по любым причинам для них не помеха, повышающая компенсация происходит автоматически.

Defender AVR Typhoon 1000: компактный стабилизатор на 320 Вт и 2 розетки

С повышенным напряжением немного сложнее: даже самая современная электроника рассчитана максимум на 250-260 В, но если такое напряжение в питающей сети почему-то стало нормой (в городских условиях в это трудно поверить), конечно же, лучше его стабилизировать внешними средствами.

Вне зависимости от повышенного или пониженного напряжения в особую группу риска попадают все любители теплого лампового звука – раритетных виниловых вертушек, плееров, усилителей и другой старинной техники. В этом случае применение стабилизаторов, как говорится, не обсуждается.

В настоящее время наиболее популярными и многочисленными представителями класса бытовых стабилизаторов напряжения являются электронные, где входящий ток с частотой 50 Гц преобразуется в высокочастотные импульсы с частотой в десятки килогерц и управляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Из существенных минусов таких стабилизаторов можно отметить лишь то, что синусоида на выходе таких стабилизаторов далека от идеала. Список плюсов гораздо длиннее: компактность, небольшой вес, огромный рабочий диапазон, универсальность, устойчивость к перегрузкам, и, главное, невероятно доступная цена.

Помимо этого, в рознице изредка также можно встретить «классику»: внушительных размеров блоки, ступенчато снижающие или поднимающие выходное напряжение за счет электронного или релейного переключения обмоток размещенного внутри полноценного автотрансформатора. Такие стабилизаторы громоздки, имеют изрядный вес, но при этом практически не искажают синусоиду входного тока. Как правило, стабилизаторы этого класса ориентированы на питание целого дома или выполнение специфической задачи – вроде питания газового котла, однако при определенных условиях именно такое устройство может оказаться идеальным выбором аудиофила.

PowerCom TCA-2000: стабилизатор на 2000 ВА (1000 Вт) и 4 розетки

Хороший стабилизатор, как правило, оснащается всеми пассивными фильтрами, характерными для сетевых фильтров, а также имеет все мыслимые виды защиты, в том числе от перенапряжения, перегрузки, перегрева, короткого замыкания и т.д.

Что надо знать при выборе сетевого фильтра

При выборе любого промежуточного сетевого устройства – удлинителя, сетевого фильтра, стабилизатора или источника бесперебойного питания, прежде всего следует помнить главное правило: «электротехника – наука о контактах». Красивые надписи, громкие имена брендов, многочисленные индикаторы и USB-порты не должны отвлекать от главной проблемы: включая что-либо между сетью и устройством, мы добавляем лишние контакты в и без того длинную и неравномерную цепь.

• Даже самые совершенные схемотехнические решения для стабилизации, фильтрации и защиты попросту бессмысленны, если контакты в розетках вырезаны из консервной банки и болтаются по чем зря, а пайка разъемов сделана некачественно. В таких условиях любые перепады нагрузки в сети будут автоматически создавать многочисленные помехи.
  Сетевой фильтр Power Cube PRO

  При покупке надо обратить внимание на качество исполнения розеток, вилок, кабелей и контактов. Вилки должны максимально плотно входить в розетки, кабель устройства, если имеется, должен быть надежным, из многожильного провода, с качественной изоляцией, рассчитанным на достаточно большую пиковую силу тока в синфазном режиме. Очень хорошо, если розетки устройства оснащены защитными шторками, это внесет дополнительную безопасность в доме с дошкольниками.
  

• Просчитайте заранее количество необходимых розеток для подключения техники, чтобы впоследствии не пришлось городить огород ненужных дополнительных контактов из удлинителей и других переходников.

  Хороший сетевой фильтр или стабилизатор может обладать индикацией наличия заземления или режима перегрузки, это полезный бонус. Что касается встроенного в сетевой фильтр зарядного устройства с одним или несколькими портами USB – это, скорее, приятная мелочь, несколько влияющая на цену, но никак не связанная с основной функцией устройства.
  

• В процессе выбора сетевого фильтра важно обратить внимание на суммарную энергию пиковых выбросов паразитного напряжения (в джоулях), которую устройство теоретически в состоянии отфильтровать и погасить в каждый момент времени без саморазрушения. Впрочем, максимальное число джоулей в спецификации фильтра – тоже не истина в последней инстанции, поскольку правильно спроектированный фильтр способен «заземлять» часть энергии через варисторы. Тем не менее, в процессе выбора маркировку фильтра в джоулях не стоит сбрасывать со счетов.
  

• Следующий важный параметр – максимальный ток помехи, на который рассчитан фильтр, в амперах. В дополнение, сетевой фильтр также может быть промаркирован по максимальной нагрузке, при этом она может быть указана как в амперах, так и в ваттах.
  

• Некоторые производители также добавляют в список характеристик сетевых фильтров максимально допустимое напряжение (в вольтах) уровень ослабления высокочастотных помех для разных частот (в децибелах) и наличие защиты от перегрузки – например, от перегрева.
  Наконец, ряд параметров фильтра, определяющий его выбор в каждом отдельном случае: длина кабеля, количество розеток, возможность настенного монтажа, наличие дополнительных фильтров для телефонной линии и витой пары, наличие портов USB и так далее.
  

Вариант 1: новостройка

Рассмотрим для начала наиболее оптимистичный сценарий: только что сданная в эксплуатацию новостройка с новенькой подстанцией; проводка выполнена исключительно медью с идеальным монтажом, высококачественными, еще не окислившимися контактами и автоматическими предохранителями на соответствующий ток.

Казалось бы, напряжение в розетке должно быть максимально близким к идеальной синусоиде. Увы, даже такую идиллию легко может испортить на пару месяцев приглашенная соседом на ремонт гоп-группа с раздолбанным инструментом: каждый электродвигатель в каждой помирающей болгарке, дрели или отбойнике будет искрить из последних сил до финальной своей черты, рассылая по проводке дома «импульсы смерти».

Это еще цветочки: наиболее активные и неугомонные жильцы периодически будут подключать к домашней сети промышленные сварочные аппараты, чтобы все соседи по подъезду или дому смогли «насладиться» импульсными помехами в виде полосок на экранах ТВ и ПК и забористым треском в колонках и наушниках.

Итак, даже жители относительно новых микрорайонов в крупных городах и мегаполисах с относительно новой инфраструктурой не защищены от импульсных и высокочастотных помех силового питания – по крайней мере, локального происхождения.

Как минимум, несколько первых лет жизни нового дома неизбежно будут посвящены различным ремонтам и перестройкам. В такой ситуации, возможно, покупка самого «мощного» сетевого фильтра не нужна, но совсем без фильтрации силового напряжения никак не обойтись.
Из недорогих вариантов можно присмотреться к сетевым фильтрам отечественной компании «Эра». В ее ассортименте много моделей, отличающихся по уровню защиты и наличию дополнительных функций.

Наиболее доступным и простым решением для фильтрации сетевого напряжения можно назвать недорогой сетевой фильтр ЭРА SF-5es-2m-I. Устройство выполнено в пожаробезопасном корпусе, имеет кабель длиной 2 м и оснащено пятью розетками формата EURO с заземляющим контактом.

Максимальная нагрузка фильтра составляет 2200 Вт (10 А), максимальный ток помехи заявлен на уровне 7000 А, а максимальная рассеивающая энергия – на уровне 300 Дж при максимальном отклонении напряжения нагрузки 275 В.

Сетевой фильтр ЭРА SFU-5es-2m-W

Этот фильтр оснащен индикатором включения, фильтром импульсных помех, защитой от короткого замыкания и перегрева. В дополнение устройство ослабляет высокочастотные помехи (0,1 – 10 МГц) на 10-40 дБ.

Те, кому высокочастотная фильтрация некритична, могут обратить внимание на сетевой фильтр ЭРА USF-5es-1.5m-USB-W: при схожих характеристиках по нагрузке, максимальному току (за вычетом ВЧ-фильтра) это устройство оснащено выключателем и обеспечивает максимальное рассеивание энергии до 125 Дж, а также оснащено двумя встроенными портами USB для зарядки портативной техники и имеет настенный крепеж.

Несколько более дорогой вариант – сетевой фильтр ЭРА SFU-5es-2m-B, объединяет все преимущества двух названных выше фильтров, включая ВЧ-фильтр, порты USB, настенный монтаж, выключатель и максимальное рассеивание энергии до 300 Дж, но при этом выполнен в надежном корпусе из поликарбоната стильного черного цвета.

Тем, кому необходимы длинные кабеля, есть смысл присмотреться к сетевым фильтрам серии Sven Optima на шесть розеток, поставляемым в розницу с 1,8-метровым, 3-метровым или 5-метровым сетевым кабелем. Эти фильтры рассчитаны на максимальную нагрузку до 2200 Вт, максимальный ток помехи до 2500 А и максимальное рассеивание энергии до 150 Дж при отклонении напряжения нагрузки до 250 В.

Несмотря на небольшую цену они оснащены встроенным выключателем, индикатором включения, фильтром импульсных помех, защитой от короткого замыкания и автоматической защитой от перегрузки.

К этому же классу устройств можно отнести сетевой фильтр Pilot L 1,8 m от ZIS Company. Особенностью этого фильтра является наличие пяти розеток стандарта EURO плюс одной дополнительной розетки российского образца, а также поддержка максимального тока помехи до 2500 А и максимальной рассеиваемой энергии до 800 Дж.

Особняком в ряду сетевых фильтров стоят однорозеточные решения, которые сегодня присутствуют в ассортименте большинства производителей. На эти фильтры в обязательном порядке стоит обратить внимание владельцам Hi-Fi и Hi-End техники, особенно той, что выпущена 20 и более лет назад. «Индивидуальный» сетевой фильтр позволит оградить слушателя от щелчков и других фоновых звуков, а любимые усилители, вертушки, фонокорректоры и деки – от преждевременного старения без того уже «не молодых» компонентов.

Сетевой фильтр Pilot S-Max

Например, однорозеточный сетевой фильтр Pilot BIT S с максимальной нагрузкой до 3500 Вт, максимальным током помехи до 10000 А и рассеиваемой энергией до 150 Дж обеспечит полную защиту техники с помощью фильтра импульсных помех, защиты от короткого замыкания и перегрузки.

Еще одно интересное однорозеточное решение – сетевой фильтр APC Surge Arrest P1-RS от компании Schneider Electric, несмотря на свои компактные размеры, гарантирует максимальную нагрузку до 16 А, максимальный ток помехи до 26000 А и рассеивание энергии до 903 Дж. Такая мощная защита с успехом может использоваться в качестве фильтра-переходника на обычный многорозеточный удлинитель.

Сетевой фильтр APC P1-RS

Вариант 2: для дачи

От «почти идеальных» условий городских новостроек перейдем к менее удачливым примерам – домам с видавшей виды проводкой, офисам, пригородным домам и другим случаям с нестабильным электропитанием. В особой «группе риска» здесь оказываются именно офисы, поскольку ко всевозможным источникам помех, типичным для домашних пользователей, в офисах добавляются помехи от мощных промышленных кондиционеров, а в некоторых случаях — от промышленных холодильников и другого силового оборудования с огромными импульсными выбросами пусковых токов.

У того же APC для таких случаев имеются сетевые фильтры на четыре или пять розеток, такие как APC P43-RS или APC PM5-RS из серии Essential. При максимальной нагрузке до 10 А, они обеспечивают напряжение отключения нагрузки до 300 В при максимальном токе помехи до 36000 А и максимальной рассеиваемой энергии до 918 Дж.

Сетевой фильтр APC SurgeArrest PM5B-RS

В дополнение к пожаробезопасному корпусу, фильтрации импульсных помех и защите от короткого замыкания, эти фильтры оснащены выключателями и евро-розетками с механической защитой.

Интересным решением вопроса фильтрации и защиты также может стать сетевой фильтр Sven Platinum 1,8 м Black. Уникальность этого фильтра в том, что, помимо общего механического выключателя, каждая из его пяти розеток оборудована индивидуальным выключателем с индикатором работы. Устройство рассчитано на нагрузку до 2200 Вт, максимальный ток помехи до 2500 А и максимальную рассеиваемую энергию до 350 Дж.

Сетевой фильтр Sven Platinum 1,8 м Black

Для перфекционистов сегодня в России доступны уникальные сетевые фильтры компании Monster. Цена на изделия этой марки в два-три раза выше схожих предложений от других брендов, однако применение керамических варисторов, технология Clean Power для снижения электромагнитного излучения, цепи дополнительной защиты и уникальный внешний вид вполне компенсируют эту разницу.

Самый универсальный сетевой фильтр Monster – Core Power 800 USB, оснащен восемью евро-розетками, двумя портами USB для зарядки портативной техники, а также входом и выходом LAN для дополнительной защиты Ethernet-кабеля от импульсных помех. Он держит нагрузку до 16 А и обеспечивает рассеивание помех с энергией до 1440 Дж. Фильтр имеет индикацию включения и заземления, защиту от короткого замыкания и перегрузки, а также механическую защиту розеток.

Сетевой фильтр Monster Core Power 800 USB

«Ближайший родственник» этой модели — сетевой фильтр Monster Core Power 600 USB, рассчитан на шесть розеток и не имеет LAN-фильтра, но при этом обеспечивает максимальное рассеивание энергии помех до 1836 Дж.

Список достойных сетевых фильтров можно продолжить несколькими заслуживающими доверия торговыми марками – такими как InterStep, Uniel, Ippon, IEK, Defender, Powercom, ExeGate и др.

При выборе фильтра самое главное – правильно оценить ситуацию с качеством электропитания в вашем доме или офисе, а также определиться с потребностями и количеством электроники и бытовой техники, которая будет подключена к фильтру. Например, тем, кто получает в дом интернет по оптике или витой паре, совершенно не нужен фильтр для телефонной линии, чего не скажешь о тех, кто подключен к Сети по ADSL.

В любом случае выбор сетевого фильтра заслуживает особого внимания, поскольку от этого, казалось бы, малозначительного устройства иногда зависит срок службы техники, цена которой в десятки и сотни раз превышает стоимость этого фильтра.

Выбираем стабилизатор напряжения

Сетевой стабилизатор — устройство специфическое и значительно более сложное, нежели сетевой фильтр, поэтому и список производителей значительно короче.

Тем не менее, имена наиболее популярных торговых марок здесь практически те же, а выбор несколько упрощается благодаря тому, что ключевых параметров для определения наиболее подходящего решения значительно меньше.

Да, большинство сетевых стабилизаторов содержат встроенные фильтры помех и также могут быть промаркированы по максимальной энергии рассеивания, но наиболее важными параметрами при выборе все же являются максимальная нагрузка и диапазон стабилизации входных напряжений.

Классифицировать сетевые стабилизаторы лучше всего по максимально допустимой нагрузке, и уже после этого смотреть диапазон стабилизации напряжений.

В России допустимая максимальная нагрузка обычно нормируется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт), в других странах – в частности, в Китае, принята маркировка в вольт-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА).

Ватты активной мощности и вольт-амперы полезной мощности – величины отнюдь не тождественные, последние для достижения примерного равенства необходимо умножать на так называемый коэффициент мощности, который у бытовой техники и электроники колеблется в пределах 0,6-1,0.

На практике обычно просчитывают примерную суммарную мощность нагрузки, и затем, чтобы узнать искомую полезную мощность в вольт-амперах, умножают ее на 1,4. И наоборот: при необходимости выяснить примерную нагрузку стабилизатора в ваттах полезную мощность умножают на коэффициент 0,7.

И еще один полезный практический совет: высчитав суммарную максимальную мощность предполагаемой нагрузки стабилизатора, добавьте к результату еще 25%, небольшой запас позволит не только избежать перегрузки в будущем, при подключении новых устройств, но также избавит стабилизатор от работы в предельном режиме, где у него заметно падает КПД.

Выбирая стабилизатор, также стоит обратить внимание на наличие «умного» режима Bypass («обход»): при номинальном напряжении сети такое устройство не будет попусту расходовать энергию и включится в работу только тогда, когда в этом действительно появится необходимость.

Определяясь с максимально допустимой мощностью нагрузки сетевого стабилизатора напряжения, следует смотреть на его характеристики, а не на название: совсем не факт, что цифры в наименовании имеют хоть какое-либо практическое отношение к мощности устройства.

Для стабилизации сетевого напряжения при относительно небольшой нагрузке — в пределах до 300 Вт — есть очень интересные решения у Sven. Компактные стабилизаторы выполнены в необычном «кубическом» дизайне и имеют достаточно широкий диапазон стабилизации напряжения – как правило, в пределах от 150 до 280-295 В.

Здесь как раз тот случай, когда не следует доверять цифрам в названии и особо внимательно читать характеристики: у стабилизатора Sven VR-V 600 максимальная нагрузка составляет 200 Вт, у Sven Neo R 600 — не более 300 Вт.

Оба «кубика» имеют защиту от перегрузки и короткого замыкания, рассчитаны на максимальный ток помехи до 6500 А и рассеиваемую энергию до 220 Дж, и оба оснащены розетками с механической защитой.

Для более мощных нагрузок компания выпускает стабилизатор Sven VR-V1000, обеспечивающий подключение техники мощностью до 500 Вт. К такому «кубику» уже можно подключить не только домашнюю аудиосистему, но также дополнительные устройства, такие как телевизор, игровая приставка, персональный компьютер.

Стабилизатор напряжения Sven VR-V1000

В модельном ряду стабилизаторов напряжения производства Schneider Electric представлены две популярные модели APC LS1000-RS Line-R и APC LS1500-RS Line-R, рассчитанные на нагрузку до 500 Вт и 750 Вт, соответственно. Оба стабилизатора работают с входными напряжениями в диапазоне 184-248 В, оснащены индикаторами рабочего напряжения и перегрузки, фильтрами импульсных помех, защитой от короткого замыкания и перегрузки.

Стабилизатор напряжения APC LS1000-RS Line-R

Не поленитесь перед покупкой также проверить максимальное рабочее напряжение стабилизатора — если этот параметр действительно критичен для вашей сети. Так, например, стабилизатор APC LS1500-RS Line-R рассчитан на диапазон входных рабочих напряжений 184-248 В, в то время как модель APC Line-R 600VA Auto, хоть и рассчитана на меньшую мощность, до 600 Вт, в то же время обеспечивает значительно более широкий диапазон стабилизации входных напряжений, от 150 до 290 В, чем, в частности, и объясняется его более высокая цена.

Стабилизатор напряжения APC Line-R 600VA Auto

Стабилизаторы напряжения от 1000 Вт (1 кВт) и выше следует выделять в отдельную категорию, рассчитанную на обслуживание мощной офисной техники, бытового оборудования для домов (например, для отопительных котлов) или стабилизации напряжения во всем доме. Для таких целей часто применяют мощные системы с автотрансформаторами.

Sven — одна из немногих компаний, кто производит и продает в России стабилизаторы с автотрансформатором, рассчитанные на значительную нагрузку и при этом обладающие доступной ценой. Так, например, модель Sven AVR PRO LCD 10000 справляется с нагрузкой до 8 кВт в диапазоне стабилизации от 140 до 260 В — отличный выбор для подключения всего загородного жилого дома.

Стабилизатор напряжения Sven AVR PRO LCD 10000

Очень большой ассортимент мощных компактных стабилизаторов выпускает ранее упомянутая «Эра».

Стабилизатор напряжения ЭРА СНК-1000-М

Обратите внимание на маркировку ее изделий: в названии стабилизаторов, как правило, указывается полезная мощность в ватт-амперах. Например, стабилизатор ЭРА СНК-1000-М рассчитан на 1000 ВА, то есть, с ним можно смело закладывать максимальную активную нагрузку до 700 Вт.

Стабилизатор напряжения ЭРА STA-3000

Для питания мощной домашней нагрузки – от 3000 Вт и более, также отлично подходят стабилизаторы с релейной регулировкой нагрузки. Они доступны по цене, компактны, обладают широким диапазоном стабилизации – от 140 до 270 В и оснащены всеми мыслимыми видами защиты.

Стабилизатор напряжения ЭРА STA-3000

Наиболее доступная модель этой серии – ЭРА STA-3000 — выдержит нагрузку до 3 кВт, при этом автоматически отключится при длительном стабильном напряжении сети. Вдобавок, устройство оснащено многоцветным ЖК-дисплеем для наглядной индикацией текущего режима работы.

По сути мы прошлись по всем основным проблемным случаям, связанным с электропитанием, и подобрали модели для каждого из них. Надеемся, с ее помощью вы сможете выбрать наиболее подходящий именно вам вариант защиты.

Применение помехоподавляющих входных фильтров — Электромагнитная совместимость в электронике

Введение

Как и прежде, входные фильтры являются необходимым средством для успешной сертификации конечных изделий на соблюдение требований к электромагнитной совместимости (ЭМС). Эта сертификация, в первую очередь, касается устройств на базе импульсных источников питания, причем независимо от мощности компонента, используемого для преобразования напряжения переменного тока. Импульсные преобразователи генерируют промышленные и электромагнитные помехи при наводке напряжения переменного тока на линии подключения и излучение независимо от индивидуальной топологии и области применения. Некоторые изготовители компонентов, предназначенных для импульсного преобразования напряжения, оптимизируют силовые модули, чтобы уменьшить помехи в линиях подключения и излучаемые помехи.

Поскольку остаточные пульсации по выходным цепям этих модулей обычно имеют крайне малые значения, в большинстве приложений выходной фильтр может быть рассредоточен. Однако поскольку входной ток понижающего преобразователя тоже является импульсным, в конечном приложении могут возникать кондуктивные и радио­частотные помехи.

Для уменьшения пульсаций входного тока сильноточных приложений используются многофазные преобразователи, в которых фазы рабочей частоты сдвинуты на 360°/N (N — число фаз). Такая мера помогает уменьшить пульсации, но не избавляет от коммутационных помех, которые проникают в провода питающей сети. Разработчик оборудования с использованием импульсных преобразователей должен принять взвешенное решение, куда установить входной фильтр — непосредственно перед силовым модулем или вблизи точек ввода напряжения.

В первую очередь, мы обсудим, как возникают шумы и помехи в дифференциальном режиме — в системе с симметричным прямым и обратным током между источником и нагрузкой в линиях подключения импульсного преобразователя (рис. 1).

Рис. 1. Симметричная система

Частота пульсаций напряжения во входной цепи совпадает с рабочей частотой преобразователя, а форма входного тока — с током через накопительную индуктивность (дроссель) силового модуля. Входной ток протекает через конденсатор C_IN. Реальные конденсаторы, как известно, обладают резистивным (ESR) и индуктивным компонентами (ESL) (рис. 2). Из-за ESR входного конденсатора и конечного импеданса линий подключения силового модуля наличие компонента переменного тока приводит к возникновению на них нежелательного падения напряжения.

Рис. 2. Эквивалентная полная схема для определения напряжения помех

В этой модели напряжение шума проявляется как дифференциальный сигнал. Амплитуда напряжения помех, возникающая на входном конденсаторе, существенно зависит от значения ESR используемого конденсатора. Электролитические конденсаторы имеют относительно высокий уровень ESR, величина которого может варьироваться от нескольких мОм до нескольких Ом. Как следствие, напряжение помех находится в диапазоне между несколькими мВт и несколькими Вт. С другой стороны, у керамических конденсаторов ESR очень мал — всего несколько мОм и, следовательно, шумовое напряжение не превышает нескольких мВт. Кроме того, большое влияние на напряжение помех оказывает расчет печатной платы силового модуля.

Для уменьшения дифференциального шума на входе преобразователя устанавливается, по крайней мере, один простейший LC-фильтр, который минимизирует составляющую переменного тока в линии. В высоко­импедансных системах, т. е. в случае, когда входной импеданс каскада не влияет на выходной импеданс предыдущего каскада, такой входной фильтр теоретически обеспечивает ослабление напряжения в полосе затухания 40 дБ/декаду. Но на практике достигаются меньшие уровни подавления. Так происходит, во‑первых, потому, что нагрузка фильтра имеет малый импеданс и влияет на передаточную характеристику фильтра. Во‑вторых, компоненты такого фильтра неидеальны и имеют собственные неизбежные потери.

При определении параметров LC-фильтра частота среза f_C выбирается так, чтобы она была ниже коммутационной частоты f_SW силового модуля. Если отношение этих частот составляет 1/10, теоретически на частоте переключения, амплитуда которой является основной в общем спектре помех, уровень вносимых потерь достигает 40 дБ. Таким образом, будем исходить из следующего условия:

Частота среза LC-фильтра определяется так:

В качестве примера для расчета фильтра примем индуктивность равной 10 мкГн. В этом случае:

При принятии решения о размещении элементов фильтра, который показан на рис. 3, конденсатор фильтра устанавливается со стороны источника напряжения или силового модуля. При этом, если используется несколько включенных параллельно конденсаторов, конденсатор с лучшими частотными свойствами следует установить ближе к источнику помех. Решающим фактором для ослабления тока импульсного источника напряжения является индуктивность катушки индуктивности фильтра.

Рис. 3. Размещение элементов фильтра

Если добротность фильтра слишком велика, в случае резкого изменения входного напряжения могут появиться паразитные колебания, подлежащие подавлению. Примем, что для обеспечения стабильности выходной импеданс входного фильтра Z_{OUT, FILTER} в широком частотном спектре должен быть ниже полного входного сопротивления силового модуля Z_{IN, CONVERTER}:

Кроме того, частота среза f_C входного фильтра должна быть намного ниже частоты f_CO среза силового модуля:

Из рис. 4 видно, что это достигается путем установки шунтирующего звена — керамического многослойного конденсатора, параллельного входу силового модуля.

Рис. 4. Увеличение затухания входного фильтра

Шунтирующий элемент уменьшает добротность входного фильтра и, следовательно, его выходное сопротивление на резонансной частоте. Формула (6) применяется для расчета сопротивления затуханию R_D при добротности фильтра Q_F = 1:

Величина емкости шунтирующего конденсатора C_D, снижающего добротность фильтра до вполне приемлемого значения, находится в диапазоне между пяти- и десятикратными значениями номинальной емкости конденсатора фильтра C_F:

В качестве альтернативного варианта ослабления фильтра можно выбрать электролитический конденсатор, установив его параллельно выходу фильтра вместо шунтирующего звена. Как правило, величины ESR электролитного конденсатора достаточно для ослабления добротности фильтра.

 

Выбор компонентов LC-фильтра

Оба элемента фильтра — и конденсатор, и катушка индуктивности в действительности обладают не только емкостными, но и индуктивными свойствами. Как известно, фильтрующий эффект катушек индуктивности в наибольшей мере проявляется на их собственной резонансной частоте SRF (Self-Resonant Frequency). Значение SRF катушек в большой мере зависит от их индуктивности и конструкции, которая определяет емкостную связь между витками обмотки. Довольно подробно особенности выбора дросселей описаны в [2–3].

Конденсаторы тоже имеют собственную резонансную частоту SRF. Она, в свою очередь, в значительной мере зависит от емкости, технологии, конструктивного исполнения и, особенно, от длины выводов конденсатора. Следовательно, при выборе компонентов фильтра желательно удостовериться, что SRF обоих компонентов находится в самой верхней части частотного диапазона, в котором напряжение радиочастотных помех имеет максимальный уровень, или, соответственно, в той полосе частот спектра, в которой фильтр должен быть активным. Некоторые особенности работы конденсаторов в импульсных цепях и выбора этих компонентов рассматриваются, например, в [4].

Определяющим компонентом для уменьшения дифференциального шума является катушка индуктивности, поскольку именно она противодействует быстрому нарастанию и падению тока во входной цепи. На рис. 5 показаны графики зависимости полного сопротивления от частоты для трех индуктивностей, выполненных на стержневых сердечниках, из семейства WE-SD компании Würth Elektronik.

Рис. 5. Пример зависимости импеданса от частоты и конструктивного исполнения трех катушек индуктивности серии WE-SD компании Würth Elektronik

Поскольку чем выше индуктивность, тем меньше SRF, рекомендуется выбирать катушку, численное значение индуктивности которой меньше емкости конденсатора фильтра. На практике максимальное значение индуктивности фильтра выбирается равным 10 мкГн, т. к. в зависимости от конструкции собственная резонансная частота этой индуктивности достигает 30 МГц. По существующим стандартам это максимальная частота для оценки кондуктивных помех.

Кроме того, необходимо учитывать, что большой рабочий ток, значительно превышающий номинальный ток катушки индуктивности фильтра, может привести к повреждению изоляции провода ее обмотки. Если КПД импульсного преобразователя обозначить как η, эффективный входной ток силового модуля можно вычислить с помощью уравнения (8):

Из соображений безопасности в качестве номинального тока катушки фильтра следует выбрать большее значение тока. В качестве конденсатора фильтра можно задействовать электролитический конденсатор с жидким электролитом, полимерный или даже керамический конденсатор. При этом необходимо, чтобы добротность фильтра на частоте среза была достаточно малой, как уже упоминалось.

При использовании π-фильтра следует принимать дополнительные меры. В оптимальном случае входной фильтр требуется устанавливать как можно ближе к входу силового модуля. Если этот фильтр расположен дальше, исходя из геометрических и других соображений, на высоких частотах линии подключения могут работать как антенна между входным фильтром и силовым модулем. Однако индуктивность этих линий связи можно также использовать вместе с керамическим конденсатором как дополнительный LC-фильтр с более высокой частотой среза (рис. 6). Из-за его ничтожно малого ESR керамический многослойный конденсатор может закорачивать токи, возникающие от высокочастотных помех, на землю.

Рис. 6. Входной π-фильтр

Собственная резонансная частота конденсатора должна находиться примерно в области спектра рабочей частоты силового модуля. На рис. 7 показаны кривые полного сопротивления керамических конденсаторов WCAP-CSGP типоразмера 0805 от компании Würth Elektronik.

Рис. 7. Пример зависимости импеданса от частоты конденсаторов WCAP-CSGP типоразмера 0805 от компании Würth Elektronik

Из компонентов, характеристики которых показаны на рис. 7, на тактовой частоте 2 МГц для рассматриваемой задачи подходит, например, конденсатор емкостью 1 мкФ (кривая красного цвета). Даже керамический конденсатор емкостью 100 нФ (кривая оранжевого цвета), который используется в качестве блокирующего конденсатора во многих электронных схемах, является вполне подходящим кандидатом для указанных целей. Однако заметим, что по сравнению с конденсатором емкостью 1 мкФ, у 100‑нФ конденсатора величина ESR в девять раз выше.

 

Выбор выходного фильтра и его особенности

Поскольку силовые модули MagI³C от компании Würth Elektronik характеризуются ничтожно малыми остаточными пульсациями выходного напряжения, необходимость в выходном фильтре в таких случаях отсутствует. Однако если компоненты с питанием от импульсного преобразователя используют коммутируемые интерфейсы (например, мультиплексоры датчиков, аналоговые коммутационные схемы и т. д.), то для фильтрации выходного напряжения требуется выходной фильтр.

Схема выходного фильтра, представленная на рис. 6, сопоставима со схемой на рис. 8. Однако, как правило, невозможно сделать окончательный вывод о необходимости и эффективности такого выходного фильтра, поскольку для каждого конкретного приложения требуется свой расчет. Выходной фильтр позволяет уменьшить остаточные пульсации выходного напряжения силового модуля до минимума или подавить нежелательные субгармонические колебания. Фильтр рассчитывается тем же способом, которым мы воспользовались выше, но принимать меры для ухудшения его добротности уже не требуется.

Рис. 8. Выходной фильтр

 

Измерение напряжения шумов и помех в цепях питания и излучаемых радиопомех

Измерение напряжения шумов и помех выполняется в соответствии с основным стандартом IEC CISPR 16-2-1 [5]. В этом стандарте описываются типы измеряемых помех, оборудование, которое должно использоваться для разных измерений, и измерительная установка для настольных и напольных устройств. Уровень помех в проводах питающей сети оценивается в диапазоне частот 9 кГц…30 МГц. К измерительным приборам помимо приемника электромагнитных помех относятся схемы стабилизации полного сопротивления линии LISN (Line Impedance Stabilizing Network), пробники напряжения, токовые клещи и емкостные пробники напряжения. Длина кабеля между тестируемым устройством и LISN не должна превышать 80 см. Приемник электромагнитных помех оценивает асимметричное шумовое напряжение, которое разделяется в LISN для отдельных проводов кабеля.

Метод измерения излучаемых радиопомех с частотой выше 30 МГц описан в базовом стандарте IEC CISPR16-2-3 [6]. Измерительная среда представляет собой полностью безэховую комнату с токопроводящим полом или в меньших масштабах — полностью безэховую камеру.

 

Анализ результатов измерения шумов и помех

В этом разделе мы опишем измерение напряжения шумов и помех на примере оценочной платы семейств MagI³C модулей питания WPMDh2200601JEV от компании Würth Elektronik (рис. 9). Плата оснащена модулем понижающего DC/DC-пре-образователя стабилизатора напряжения WPMDh2200601JT [1] с диапазоном рабочего входного напряжения 6–42 В и током нагрузки до 2 A при регулируемом выходном напряжении в пределах 0,8–6 В.

Рис. 9. Структурная схема оценочной платы WPMDh2200601JEV для модуля питания MagI3C от компании Würth Elektronik

Уже на предварительном этапе можно измерить с помощью осциллографа составляющую переменного тока на входе силового модуля. Таким образом, выполняя анализ во временной области, спектр помех можно оценить перед расчетом фильтра.

На рис. 10 показана составляющая — переменное напряжение величиной 80 мВ, измеренное при входном напряжении силового модуля 7,5 В, среднем входном токе 1,2 А и среднем токе нагрузки 2 А. Известно, что импульсные преобразователи представляются по отношению к источнику питания как отрицательное дифференциальное сопротивление, поскольку при постоянной нагрузке их входной ток возрастает с уменьшением входного напряжения. По этой причине напряжение шума измеряется для «наихудшего случая», т. е. при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки.

Рис. 10. Сигнал во временной области с широкополосным спектральным наполнением, характерный для понижающего DC/DC-преобразователя WPMDh2200601JT семейства MagI3C от компании Würth Elektronik

Однако определяющим фактором при анализе помех остается измерение, которое выполняется только в лаборатории, специализирующейся на проблемах ЭМС. На рис. 11 показан результат измерения напряжения кондуктивных помех модуля без входного фильтра. Целью измерения было установить соответствие оценочной платы требованиям Class В стандарта EN55022 (CISPR‑22) относительно кондуктивных помех, который дает частичную презумпцию соответствия Европейской директиве 2014/30/ЕС (2004/108/EC) по электромагнитной совместимости.

Рис. 11. Уровень кондуктивных помех понижающего DC/DC-преобразователя WPMDh2200601JT семейства MagI3C от компании Würth Elektronik без входного LC-фильтра. Измерения выполнялись согласно EN55022 (CISPR-22)

Рассматриваемый в качестве примера силовой модуль работает на тактовой частоте 370 кГц. В общем спектре помех максимальная амплитуда (пик красного цвета: 68 дБ (мкВ)) достигается именно на этой частоте. Амплитуда плотности шумового напряжения падает со скоростью около 40 дБ/декаду, что означает отсутствие значительного уровня помех выше 15‑й гармоники от тактовой частоты преобразователя. Однако видно, что только выше 9‑й гармоники уровень помех падает более чем на 10 дБ ниже предела при измерении с помощью среднеквадратичного детектора (синяя линия).

Для расчета подходящего входного LC-фильтра воспользуемся уравнением (3). Учитывая относительно низкую рабочую частоту преобразователя, выбираем катушку индуктивности с малым значением SRF, индуктивностью 4,7 мкГн и рассчитываем емкость конденсатора нашего фильтра:

Выбираем емкость конденсатора фильтра равной 10 мкФ, чтобы учесть допустимые отклонения и технологический запас. Максимальный входной ток рассчитывается с помощью уравнения (8). Для этого вычисления требуется учесть КПД оценочной платы, который определяется путем измерения и в этом случае равен 91%. Входной ток с учетом КПД равен:

На основе выбранной индуктивности фильтра и входного тока можно определить подходящую катушку индуктивности. С этой целью выбираем неэкранированную катушку индуктивности 744 774 50 47 типоразмера 5820 из серии PD2 от Würth Elektronik. На рис. 12 показан результат измерения уровня радиопомех с учетом согласованного фильтра.

Рис. 12. Уровень кондуктивных помех понижающего DC/DC-преобразователя WPMDh2200601JT семейства MagI3C от Würth Elektronik с входным фильтром. Измерения согласно EN55022 (CISPR-22) выполнялись с помощью оценочной платы с входным LC-фильтром (4,7 мкГн + 10 мкФ)

Величина радиопомех, измеренных на рабочей частоте переключения 370 кГц, составила 30 дБ (мкВ). Уровни всех гармоник находятся ниже 20 дБ (мкВ), так что они достаточно ослаблены. Средний уровень на частоте 370 кГц соответствует пиковому значению и на 18 дБ ниже среднего предела 47 дБ (мкВ). С точки зрения величины отношения сигнал/шум, это вполне удовлетворительные результаты, чтобы подтвердить соответствие изделия требованиям к ЭМС.

Цель измерения напряжения шума состоит в том, чтобы показать применимость анализа потенциала помех во временной области. Однако анализ в частотной области по-прежнему остается необходимым.

Наконец, требуется определить шунтирующее звено фильтра R_D–C_D (рис. 4). С этой целью для определения R_D используется уравнение (6). Сопротивление R_D, необходимое для уменьшения добротности рассчитанного нами фильтра, определяется следующим образом:

Как уже упоминалось, чем выше значение шунтирующего резистора, тем выше частота, на которой обеспечивается критическое затухание резонанса фильтра. В данном случае можно выбрать следующее более высокое сопротивление номиналом 1 Ом из ряда E12.

Учитывая уравнение (7), для подавления резонанса воспользуемся конденсатором C_D номиналом 47 мкФ. В качестве этого компонента можно выбрать, например, керамический конденсатор eiCap (885 012 108 004) серии WCAP-CSGP от Würth Elektronik.

 

Особенности измерений на соответствие требованиям IEC CISPR 22

Указанные измерения проводились в соответствии со стандартом IEC CISPR16-2-1. Использование LISN позволило развязать асимметричное напряжение и приравнять к асимметричному (синфазному) напряжению, которое затем сравнивалось с предельными значениями, установленными стандартом IEC CISPR 22 для устройств частного и коммерческого применения (Class B). Для компонентов электропитания, к которым относятся все типы импульсных преобразователей, нет прямого стандарта, устанавливающего требования к ЭМС. Таким образом, любое приложение, в котором применяется такой преобразователь, должно быть отнесено к определенной категории устройств, а уже затем протестировано в соответствии со стандартом, действующим применительно к конкретному семейству изделий. В рассматриваемом случае мы воспользовались стандартом IEC CISPR 22 для ИТ-устройств с учетом предельных уровней, которые также приведены в общем стандарте IEC 610006-3. Общие стандарты могут применяться в случаях, если не существует конкретного стандарта для типа рассматриваемого устройства.

 

Выводы

Как и прежде, входные фильтры независимо от уровня переменной составляющей являются необходимым средством для успешной сертификации конечных изделий на соответствие требованиям к электромагнитной совместимости (ЭМС). Для самостоятельного расчета такого входного фильтра можно использовать достаточно простые формулы. Грамотный подход к проектированию фильтра с учетом его импедансов и импульсного преобразователя позволяет избежать возникновения паразитных колебаний, а также обеспечивает стабильность контура управления и самого импульсного преобразователя.

Поскольку целенаправленный выбор компонентов фильтра закладывает основы для его оптимальной конструкции, входной фильтр, созданный с учетом всех требований, гарантирует определенный успех при тестировании конечного оборудования на соответствие ЭМС. Разработчик конечного оборудования может при необходимости создать собственный импульсный преобразователь и с помощью несложной методики расчета, представленной в этой статье, скорректировать фильтр для решения конкретной задачи.

Литература

1.  Ranjith Bramanpalli. Input Filters — The Key to Successful EMC Validation.
2. Алексей Чистяков. Некоторые особенности обмоток дросселей и трансформаторов для преобразователей//Электронные компоненты. 2016. № 1.
3. Александр Герфер, Ранжит Браманпалли, Джокен Байер. Высокоточный расчет силового дросселя для энергоэффективных приложений // Электронные компоненты. 2016. № 10.
4.  Алексей Чистяков. Конденсаторы для источников питания и преобразователей // Электронные компоненты. 2016. № 10.
5. ГОСТ CISPR 16-2-1-2015. Требования к аппаратуре для измерения радиопомех и помехоустойчивости и методы измерения. Часть 2–1. Методы измерения помех и помехоустойчивости. Измерения кондуктивных помех.
6. ГОСТ CISPR 16-2-3-2016. Требования к аппаратуре для измерения радиопомех и помехоустойчивости и методы измерения. Часть 2–3. Методы измерения радиопомех и помехоустойчивости. Измерения излучаемых помех.
7. ГОСТ 30805.22-2013 (CISPR 22:2006). Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование информационных технологий. Радиопомехи индустриальные. Нормы и методы измерений.

Фильтр для подавления помех от питающей сети

Для предотвращения помех от электро — и радиоприборов необходимо снабдить их фильтром для подавления помех от питающей сети, расположенным внутри аппаратуры, что позволяет бороться с помехами в самом их источнике.

В настоящее время отечественные и зарубежные предприятия предлагают целый ряд таких фильтров, как простых, одно- и двухкаскадных, так и многокаскадные фильтры, способные обеспечить максимальный уровень защиты от помех. Фильтры выполнены по всем правилам конструирования радиоаппаратуры, имеют защитные экраны и специальные проходные конденсаторы, предотвращающие прямое прохождение помех и паразитные магнитные помехи самого фильтра.

Если не удастся отыскать готовый фильтр, его можно сделать самостоятельно. Схема помехоподавляющего фильтра представлена на рисунке ниже:

Фильтр двухкаскадный. Первый каскад выполнен на основе продольного трансформатора (двухобмоточного дросселя) Т1, второй представляет собой высокочастотные дроссели L1 и L2. Обмотки трансформатора Т1 включены последовательно с линейными проводами питающей сети. По этой причине низкочастотные поля частотой 50 Гц в каждой обмотке имеют противоположные направления и взаимно компенсируют друг друга. При воздействии помехи на провода питания, обмотки трансформатора оказываются включенными последовательно, а их индуктивное сопротивление XL растет с увеличением частоты помех: XL = ωL = 2πfL, f — частота помех, L — индуктивность включенных последовательно обмоток трансформатора.

Сопротивление конденсаторов C1, С2, наоборот, уменьшается с ростом частоты (Хс =1/ωС =1/2πfC), следовательно, помехи и резкие скачки напряжения «закорачиваются» на входе и выходе фильтра. Такую же функцию выполняют конденсаторы СЗ и С4.

Дроссели LI, L2 представляют еще одно последовательное дополнительное сопротивление для высокочастотных помех, обеспечивая их дальнейшее ослабление. Резисторы R2, R3 уменьшают добротность L1, L2 для устранения резонансных явлений.

Резистор R1 обеспечивает быстрый разряд конденсаторов C1—С4 при отключении сетевого шнура от питающей сети и необходим для безопасного обращения с устройством.

Детали сетевого фильтра размещены на печатной плате, показанной на рисунке ниже:

Печатная плата рассчитана на установку промышленного продольного трансформатора от блоков питания персональных компьютеров. Можно изготовить трансформатор самостоятельно, выполнив его на ферритовом кольце проницаемостью 1000НН…3000НН диаметром 20…30 мм. Кромки кольца обрабатывают мелкозернистой шкуркой, после чего кольцо обматывают фторопластовой лентой. Обе обмотки наматывают в одном направлении проводом ПЭВ-2 диаметром 0,7 мм и имеют по 10…20 витков. Обмотки размещены строго симметрично на каждой половине кольца, зазор между выводами должен быть не менее 3…4 мм. Дроссели L2 и L3 также промышленного производства, намотаны на ферритовых сердечниках диаметром 3 мм и длиной 15 мм. Каждый дроссель содержит три слоя провода ПЭВ-2 диаметром 0,6 мм, длина намотки 10 мм. Чтобы витки не сползали, дроссель пропитан эпоксидным клеем. Параметры намоточных изделий выбраны из условия максимальной мощности фильтра до 500 Вт. При большей мощности размеры сердечников фильтра и диаметр проводов необходимо увеличить. Придется изменить и размеры печатной платы, однако всегда следует стремиться к компактному размещению элементов фильтра.

Резисторы MЛT, С2-33, С1 — 4 мощностью 0,25 или 0,125 Вт. Конденсаторы C1 — С4 на рабочее напряжение не ниже 400 В. Лучше всего подходят отечественные конденсаторы К78-2 или зарубежные класса X или Х2. Емкость конденсаторов С1 и С2 может находиться в диапазоне 0,1…0,47 мкФ, а конденсаторов СЗ и С4 — от 2200 пФ до 0,022 мкФ.

Плату фильтра для подавления помех от питающей сети лучше всего разместить в металлическом корпусе. В случае если устройство не имеет металлический корпус, желательно выделить устройство подавления помех металлической перегородкой. При монтаже необходимо минимизировать длину проводников, подходящих к фильтру.

Помехоподавляющие фильтры — Просто о технологиях

Помехоподавляющие фильтры

В наше время, как никогда остро встает проблема электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС). Количество подключенных к электросети РЭС неумолимо возрастает. Проблема усугубляется еще и тем, что многие РЭС должны функционировать одновременно.

Как правило, на должном уровне этому вопросу много внимания уделяется профессиональными разработчиками. Однако далеко не всегда достигается желаемый результат. В бытовых условиях ситуация еще хуже.

Если же принять во внимание еще и плачевное состояние наших линий электропередачи, то дальнейшие комментарии станут ненужными.

Предлагаемый сетевой фильтр в значительной мере позволяет “отстроиться” от взаимного влияния помех “электросеть – РЭС -электросеть”. Он собран из доступных деталей и не нуждается в налаживании.

Взяться за самостоятельное изготовление сетевого фильтра автора побудило несколько обстоятельств. При включении системного блока компьютера происходило резкое ухудшение качества просмотра ТВ изображения.

Происходило это сразу на нескольких каналах одновременно. Сигналы от ТВ каналов вещающих в диапазоне MB, сразу становились сильно зашумленными. Цветопередача сильно нарушалась или исчезала полностью.

Сильный муар сбивал строчную и кадровую синхронизацию.

Это было лишь «первой ласточкой». Помехи каким-то образом стали проявляться и в других телевизорах, расположенных на значительном отдалении от данного компьютера (десятки метров). Поначалу все можно было списать только на комнатную антенну (типовая «польская всеволновка»).

Изменили ее местоположение. Бесспорно, ситуация несколько изменялась в лучшую сторону. Но от зашумленности изображения избавиться не удавалось. Все, казалось бы, сокрыто в размещении антенны в помещении.

Однако телевизоры, работающие в другом помещении, к тому же на наружную антенну, страдали похожими проблемами, правда, не в такой степени. И происходило это на тех же «злополучных» ТВ каналах. Причем, как только оргтехнику выключали, качество ТВ изображения становилось нормальным.

Были проведены и другие эксперименты: – антенны переносили; – место расположения ТВ приемника изменяли;

– пытались использовать заводские сетевые «фильтры».

Заводские сетевые «фильтры». Об этих фильтрах обязательно следует немного рассказать. Приобретались несколько разных удлинителей, именуемых сетевыми фильтрами.

Как удлинители они еще могли работать. Правда, там использованы настолько жесткие азиатские провода, что пользоваться ими и неудобно, и опасно. Довольно быстро контакты внутри таких «фильтров» расшатываются, и происходит разбалтывание соединений. Вскоре имеет место подгорание. Как известно, горит там, где плохой контакт, где греется.

Дальше было еще веселее. Разборка нескольких таких «фильтров» показала, что там нет никаких фильтров вообще. Только в одном из них производитель удосужился установить малогабаритный дроссель. Он намотан на кольцевом сердечнике.

На корпусе этого дросселя указана индуктивность 2,2 мГн. Дроссель залит компаундом синего цвета. И нет рядом никаких помехоподавляющих конденсаторов! И это один из «наилучших» сетевых фильтров в ценовой категории дороже 15 USD.

В таких удлинителях-«фильтрах» имеется клавишный выключатель питания, подсвечиваемый миниатюрной неоновой лампочкой. Кстати, этот выключатель -первый кандидат на выход из строя. Он ненадежен с механической точки зрения. Вот лишь часть проблем, побудивших автора данной статьи взяться за собственное изготовление простого в исполнении сетевого фильтра.

Схема фильтра показана на рис.1.

Для повышенной эффективности он выполнен двухкаскадным. От многих других фильтров его отличает тот факт, что катушки фильтра каждого звена размещены на общем магнитопроводе. Никаких стержневых магнитопроводов не применяли.

Благодаря магнитной связи между обмотками, происходит более сильное подавление низкочастотной синфазной помехи, которая наводится одновременно на обоих проводах катушек. Здесь важно обеспечить отмеченную на схеме (точками) фазировку обмоток.

Кроме того, требуется и симметричность выполнения обеих обмоток.

Конденсаторы С1, С2 и катушки L1, L2 отвечают за подавление самых высокочастотных помех. Частоты до 200 кГц подавляются катушками L3, L4 и остальными конденсаторами. Катушки L1 и L2 намотаны вдвое сложенным проводом типа ПЭЛШО-0,63 и содержат 2×25 витков. Использован броневой магнитопровод Б22-2000НМ1.

Индуктивность каждой катушки превышала 120 мкГн. Индуктивность измерялась универсальным прибором LP235. Несколько сложнее довелось с изготовлением второй пары катушек. Катушки L3 и L4 намотаны двойным проводом ПЭЛШО-0,63, и каждая обмотка содержит по 87 витков. Катушки намотаны на Ш-образном ферритовом магнитопроводе(Ш12х14).

Марка феррита на сердечнике не приведена.

Полученная индуктивность каждой обмотки составляла почти 20 мГн (19,6 мГн). Перед выполнением этой обмотки изготовлялся самодельный каркас из электрокартона. Во избежание аварийных нештатных ситуаций в схеме установлен также держатель предохранителя с предохранителем на ток 10 А.

О конденсаторах. Это очень ответственные элементы в данной схеме. Поскольку не существует исполнения малогабаритных конденсаторов типа КСО емкостью 0,01 мкФ 500 В, использовано параллельное соединение конденсаторов меньшей емкости – 4700 пФ 500 В (С1-С4). Конденсаторы типов КСО неспроста пользуются хорошей репутацией.

Конденсатор С5 – фильтровой телевизионный типа К78-2 номиналом 0,1 или 0,15 мкФ. Это также очень надежные конденсаторы. Практика это подтверждала многократно. Они специально разработаны для подавления импульсных помех в телевизионной технике. Впоследствии тандем из двух последовательно соединенных конденсаторов С8 и С9 также был заменен одним экземпляром К78-2.

Установка четырех элементов R1, R2, С6 и С7 позволяет решить несколько задач одновременно.

Во-первых, снять проблему поиска (дефицита) высоковольтного и крупногабаритного конденсатора (0,5 мкФ 800 В).

Во-вторых, повысить надежность «батареи» конденсаторов, соединенных последовательно.
В-третьих, благодаря уравнивающим резисторам не только выравнивается напряжение на конденсаторах.

После случайного соприкосновения руками к выводам отключенного от питающей сети 220 В/50 Гц фильтра исключается кратковременный, но болезненный удар электрическим током. Благодаря наличию данных резисторов все конденсаторы в схеме оказываются быстро разряженными.

Все катушки должны иметь одинаковую индуктивность.

От кольцевых ферритовых магнитопроводов в данной ситуации отказались только по причине излишней рутинной работы, чтобы не скруглять острые края ферритовых поверхностей, не мучиться с трудоемкой и однообразной намоткой обмоток и т.п.

Конденсаторы можно применять и других типов. Однако конденсаторы указанных выше типов зарекомендовали себя очень надежно во многих ситуациях. Поэтому им и отдали предпочтение.

Все без исключения конденсаторы проверялись на величину выдерживаемого напряжения (своеобразным методом неразрушающего контроля, при малых тестируемых токах). Конденсаторы С6-С9 емкостью 1 мкФ 400 В типа МПТ-96. Для крепежа ферритовых изделий к плате металлические детали не использовали совсем. Применялся старый проверенный метод: нитки на клею.

Радиоаматор №11, 2009г.

Список радиоэлементов

Скачать список элементов (PDF)

Комплексная безопасность

Компания «Детектор Системс» предлагает своим посетителям еще одно наименование продукции – сетевые помехоподавляющие фильтры.

Устройства предназначаются для ограничения прохождения высокочастотной части электромагнитных колебаний, то есть рассматривается фильтрация только нижних частот – от 0,01 кГц до 10 ГГц.

Диапазон частот определяется аппаратурой, которую будут защищать фильтры ФП, и спектром помех, которые нужно устранить.

Помехоподавлющие фильтры ФП обеспечивают защиту электросетей, ослабляя любые сигналы в диапазоне 0,01-10 000 МГц с эффективностью 60-100 дБ и, соответственно, не пропускают информативные сигналы, возникающие при работе средств оргтехники. Правильная установка фильтров ФП гарантирует защиту средств оргтехники от вредного влияния внешних помех. При использовании описываемых устройств следует учитывать, что для их эффективной работы необходимо качественное заземление.

Требования к фильтрам ФП регулируются стандартами, разработанными международными, региональными и национальными организациями:

• стандарты России – ГОСТ 13661-92, РД 11 0956-96;
• стандарты, используемые в Европе, – VDE, CISPP, VG;
• стандарты США – MIL-F-15733, MIL-T-28861, MIL-STD-4610, FCC 79-555.

Разработчики, как правило, руководствуются стандартами того региона, где предполагается использовать устройства. Все эти стандарты и рекомендации охватывают большой круг вопросов, касающихся ограничения помех в цепях электропитания, генерируемых электронными устройствами.

Требования, распространяющиеся на изделия, можно разделить на следующие группы:

• требования по частотному диапазону; 
• требования по нагрузке; 
• требования по току утечки; 
• требования по ослаблению импульсных помех; 
• требования по стойкости к внешним воздействиям;
• требования к конструкции фильтров.

При выборе фильтров потребителем, кроме основных параметров (частота, затухание, рабочий диапазон, ток нагрузки, ток утечки, габариты, вес, конструктивные особенности и др.), необходимо руководствоваться и условиями эксплуатации, в которых будет работать фильтр.

Приобрести нужную продукцию у нас в компании «Детектор Системс» сейчас совсем просто. Для этого вам следует связаться с нами любым удобным для вас способом. Это можно сделать, воспользовавшись формой обратной связи, представленной у нас на сайте, или позвонив по контактному телефону представителю нашей компании.

Любая дополнительная информация по продукту или предоставляемым нами услугам будет предоставлена вам в исчерпывающем виде нашими профессиональными консультантами.

Керамические помехоподавляющие фильтры / Конденсаторы и фильтры / Продукция / АО “НИИ Гириконд”

Раздел: ФИЛЬТРЫ

                                                          Фильтры помехоподавляющие

Современные керамические помехоподавляющие конденсаторы К10-81, К10-85 и фильтры нижних частот Б24, Б25, Б26, Б27, Б30 имеют широкий набор номинальных емкостей, напряжений, полос помехоподавления, групп температурной стабильности емкости, что  позволяет использовать их в сигнальных цепях и цепях питания разнообразной аппаратуры как гражданского, так и специального назначения. Они могут заменить устаревшие конденсаторы К10-54, КТП, КТПМ, КТПМЕ, КО, КО-Е, КДО, К10-51 и фильтры Б23.

Применение помехоподавляющей продукции АО «НИИ «Гириконд» в радиоэлектронной аппаратуре существенно улучшит её помехозащищённость  и электромагнитную совместимость.

Основные характеристики керамических помехоподавляющих

конденсаторов и фильтров, выпускаемых АО «НИИ «Гириконд»

Типизделия
Конструкцияи тип изделия
Диапазон частот помехо-подавления
Группы ТСЕ
Номинальное напряжение, В
Номинальныйток, А
Номинальная емкость

Конденсаторы

К10-81
Шайбовыемногослойныепроходные
–
МП0
100, 160, 250, 350,500, 750, 1000
–
4,7 пФ … 0,1 мкФ

Н20,Н50
50, 100, 160,250,350, 500
470 пФ … 3,3 мкФ

Н90
50, 100, 250
0,015 … 10,0 мкФ

К10-85Новая разработка
Опорные  с шайбовым емкостным элементом,в металлическом корпусе
до 1,0 ГГц
МП0
250, 500, 750, 1000
–
4,7 … 4700 пФ

Н20
250, 500
680 пФ … 0,22 мкФ

Н50
0,01 … 0,33 мкФ

Фильтры

Б24
Б24трубчатыеPi-тип
0,7 МГц…10,0 ГГц
М750, М1500, М2200, М3300,Н30, Н50
250
10
43 … 2700 пФ

Б24-1трубчатыеС-тип
Н70, Н90
100
5
3300 …10 000 пФ

Б25
Б25-3металлический корпус С-тип
10 кГц…10,0 ГГц
МП0
80, 160, 250, 500
10;  25
68 пФ … 0,082 мкФ

Н20, Н50
50, 160, 250, 500
3300 пФ … 2,2 мкФ

Н90
50, 250
0,015 … 10,0 мкФ

 Б25-4малогабаритные металлический корпус С-тип
МП0
80, 160, 250
10
4,7 … 1500 пФ

Н20, Н50
50, 100, 250
470 пФ … 0,1 мкФ

Н90
50, 100, 250
0,015 … 0,33 мкФ

Б26
Б26-1металлический корпусС-тип 
10 кГц…10,0 ГГц
МП0
100, 160, 250, 350,500, 750, 1000
10;  15;  25
47 пФ … 0,1 мкФ

Н20, Н50
32, 50, 100, 160,250, 350, 500
470 пФ … 3,3 мкФ

Н90
32, 50, 100, 250
0,015 … 22,0 мкФ

Б26-2металлический корпус LC-тип
МП0
100, 160, 250, 350,500, 750, 1000
10;  15
47 пФ … 0,1 мкФ

Н20, Н50
32, 50, 100, 160, 250, 350, 500
470 пФ … 3,3 мкФ

Н90
32, 50, 100, 250
0,015 … 22,0 мкФ

Б26-3металлический корпусPi-тип
МП0
100, 160, 250, 350,500, 1000
15, 25
680 пФ … 0,22 мкФ

Н20, Н50
50, 100, 160, 250, 350
6800 пФ … 6,8 мкФ

Н90
50, 100, 250
0,15 … 22,0 мкФ

Б27Новая разработка
миниатюрные проходные монтаж пайкойС-тип
10 кГц …10,0 ГГц
МП0
50, 100, 160, 250
10
100 … 4700 пФ

Н20
470 пФ … 0,1 мкФ

Н50
0,01 … 0,15 мкФ

Б30Новая разработка
Б30-1малогабаритныеС-тип
10 кГц …10,0 ГГц
МП0
50, 100, 160, 250
10
100 … 4700 пФ

Н20
330 пФ … 0,1  мкФ

Н50
4700 пФ … 0,22 мкФ

Б30-2малогабаритныеPi-тип
МП0
150 пФ … 0,01 мкФ

Н20
1000 пФ … 0,22  мкФ

Н50
0,047 … 0,33 мкФ

Б33Новая разработка
чип-фильтрыдля монтажа на поверхность С-тип
До 2 ГГц
МП0
16,  25,  50, 100, 250
0,3…6,0
10 … 6800 пФ

Н20
470 пФ … 1,5 мкФ

Н50
2200 пФ … 2,2 мкФ

Россия, 194223, Санкт-Петербург, ул. Курчатова, д. 10.

Получить дополнительную информацию и задать все интересующие вопросы по изделиям Вы можете связавшись с нами:

Тел.: (812) 552-21-66       НПК керамических конденсаторов и фильтров;

247-14-53       Лаборатория керамических фильтров;

552-24-38       Производство керамических фильтров

E-mail: [email protected]       [email protected]           www.giricond.ru

Приём заявок осуществляется по факсу:  552-60-57

конденсаторы К10-81Коаксиальные многослойные керамические проходные конденсаторы с низким значением собственной индуктивности, могут применяться вместо отечественных конденсаторов К10-54 и импортных аналогов фирм APITechnologies (SpectrumControl), Eurofarad, Syfer и других.

конденсаторы К10-85Коаксиальные многослойные керамические опорные конденсаторы. Предназначены для подавления высокочастотных помех в цепях постоянного и переменного токов в диапазоне частот до 1000 МГц. Через опорный вывод низкой индуктивности помехи отводятся на корпус (землю) аппаратуры.   Могут заменить устаревшие конденсаторы КО, КО-Е, КДО.

Фильтры Б24Б24 (Pi-типа) и Б24-1 (С-типа). Малогабаритные трубчатые фильтры с диаметром керамической трубки всего 2,4 мм и массой 1,5 г. Монтаж фильтров варианта «а» и «б» осуществляется пайкой за корпус, варианта «в» – при помощи резьбы М4. Наибольшую крутизну АЧХ имеют фильтры Б24, могут применяться вместо Б23а.

Фильтры Б25Б25-3 с увеличенной толщиной проволочных выводов. Механически более прочные, удобные при монтаже и эксплуатации, имеют меньшие массогабаритные характеристики по сравнению с фильтрами Б25-1, Б25-2.Б25-4 малогабаритные фильтры массой до 1,5 г. Малые габаритные размеры этих фильтров улучшают их помехоподавляющие свойства при применении в аппаратуре СВЧ.

Фильтры Б26Б26-1 (С-типа), Б26-2 (LC-типа), Б26-3 (Pi-типа) имеют более широкий диапазон номинальных напряжений (до 1000 В) и емкостей (до 22 мкФ) по сравнению с фильтрами Б25-3, Б25-4.Фильтры Б26-3 (Pi-типа) имеют наибольшую крутизну частотной зависимости вносимого затухания и могут применяться там, где высокие значения вносимого затухания требуются уже на относительно низких частотах. За счёт использования индуктивного элемента из нанокристаллических магнитомягких материалов разработаны фильтры Б26-3 с номинальным током 25 А.

Фильтры Б27Малогабаритные помехоподавляющие фильтры С-типа на основе дискового многослойного керамического конденсатора. Первые отечественные фильтры в металлическом корпусе, монтируемые пайкой за корпус. Являются конструктивными аналогами серии 4302 фирмы Tusonix. Предназначены для подавления высокочастотных помех в диапазоне частот от 0,01 до 10 000 МГц.

Фильтры Б30Имеют уменьшенные габаритные размеры по сравнению с фильтрами Б25, Б26.Б30-1 – помехоподавляющие фильтры С-типа массой 1,4 г с креплением в аппаратуры с помощью резьбы М3.Б30-2– помехоподавляющие фильтры Pi-типа массой 2,0 гс креплением в аппаратуры с помощью резьбы М5. Являются первыми отечественными малогабаритными фильтрами Pi-типа с повышенной крутизной АЧХ.

Выпуск устаревших фильтров в керамических корпусах (Б25-1 и Б25-2) прекращён!Данные изделия заменяются на фильтры Б25-3 и Б26-2. Рекомендации по замене Вы можете получить, обратившись в лабораторию керамических фильтров по телефону: (812) 247-14-53 или по электронной почте [email protected]

фильтры сетевые помехоподавляющие для стиральных машин

Сетевой фильтр для стиральной машины предназначен защитить от любых перепадов напряжения.

Причина выхода бытовой техники из строя после сильных скачков напряжения, которые к тому же случаются с регулярным постоянством, ни для кого не секрет.

Современные стиральные машины напичканы всевозможной электроникой, а любая электроника требует бережного отношения. Скачки напряжения, как вы понимаете, сюда не относятся.

Для того, чтобы защитить стиральную машину используют специальные сетевые фильтры. Сетевой помехоподавляющий фильтр для стиральной машины (сокращенно СПФ) должен строго соответствовать установленным стандартам. В противном случае, толку от него будет мало. На территории РФ к сетевым фильтрам применимы стандарты согласно ГОСТ 13661-92, РД 11 0956-96.

Магазин “Амтеа” предлагает своим покупателям купить сетевые фильтры для стиральных машин, которые соответствуют всем требованиям ГОСТ и разрешены к использованию не только на территории России, но и в странах Европы. Это высококачественные встраиваемые сетевые фильтры для стиральных машин Атлант, Hansa, Whirlpool и других брендов.

Заказывая у нас сетевые фильтры, вы гарантированно получаете товар высокого качества, удобный способ оплаты и быструю доставку. На все вопросы, связанные с выбором сетевого фильтра для стиральной машины, наши сотрудники с удовольствием ответят вам.

Мы расскажем, чем сетевые помехоподавляющие фильтры отличаются друг от друга, какой именно подойдет к вашей модели стиральной машины и как самостоятельно его установить.

Сетевой фильтр для стиральной машины: два разных варианта

Наверняка вы уже столкнулись с тем, что когда вводите в поиске “сетевой фильтр для стиральной машины”, Яндекс или Гугл выдает вам два совершенно непохожих друг на друга варианта фильтров.

Один – это маленькая непонятная коробочка, другой – всем нам знакомый удлинитель с несколькими розетками.

В чем же дело? Задача любого сетевого фильтра сглаживать перепады напряжения, но справляться с этой задачей можно по разному и с разной степенью эффективности.

• Сетевой фильтр в форме удлинителя – это такой универсальный вариант. Он подходит для любой бытовой техникой и какого-то особого отношения к стиральным машинам совершенно не имеет.
• Специальные сетевые фильтры для стиральных машин. Для стиральных машин уже давно выпускают специальные встроенные сетевые фильтры. Фильтр встраивается в стиральную машину еще на заводе.

Поговорим более подробно о специальных встраиваемых сетевых фильтрах, поскольку для безопасного использования стиральной машины лучше всего подходит именно такой вариант. Его корпус изготавливается из прочного материала, который не проводит ток. Задача сетевого фильтра стиральной машины – блокировать все колебания тока отличные от чистоты в 50гГц.

Благодаря сетевому фильтру, все детали вашей стиральной машины будет в безопасности. Другая функция, возложенная на сетевой фильтр – это улавливание обратных скачков тока. Обратные скачки тока возникают, если стиральная машина оснащена асинхронным двигателем.

При исправной работе фильтра ничего страшного в этом нет и обратные токи, передаются на заземление.

В заключении еще пару слов об отличиях встраиваемых сетевых фильтров между собой. Выбирая сетевой фильтр для стиральной машины имейте в виду, они различаются по ряду технических параметров. Эти параметры напрямую влияют на степень защиты стиральной машины от перепадов напряжения:

• номинальный ток и напряжение
• порог перепадов напряжения
• время реакции
• максимальный ток
• максимальная нагрузка

Если все эти характеристики вам ровным счетом ни о чем не говорят, обратитесь к нам за консультацией. Специалисты технического отдела компании “Амтеа” помогут вам разобраться, что к чему и посоветует наиболее оптимальный вариант для замены неисправного сетевого фильтра для вашей стиральной машины.

Чем опасна поломка сетевого фильтра для стиральной машины?

При наличии встроенного сетевого фильтра и его исправной работе, все детали стиральной машины будут защищены и прослужат много лет.

Если же в вашей стиральной машине встроенный фильтр не предусмотрен, рекомендуем вам обязательно использовать фильтр удлинитель.

Так вы обезопасите от выхода из строя целый ряд жизненно важных узлов стиральной машины и избежите приличных денежных трат на их ремонт. От скачков напряжения, в первую очередь, страдают:

• Центральный процессор стиральной машины
• Сенсорная панель управления
• Трубчатый электронагреватель (ТЭН)
• Асинхронный двигатель

Сетевой фильтр для стиральной машины – это не прихоть производителей, а надежный способ защиты от колебаний напряжения. Не пренебрегайте ими.

Входной помехоподавляющий фильтр

Входной помехоподавляющий фильтр (фильтр радиопомех) предназначен для ослабления высокочастотных импульсных помех, способных проникать из сети переменного тока в выпрямительное устройство, а также для ослабления до требуемого уровня помех, возникающих в сети переменного тока при работе самого выпрямительного устройства.

Основными источниками помех в питающей сети для конкретного ВБВ являются прежде всего так называемые индустриальные помехи, возникающие при коммутации в силовых цепях других устройств (потребителей), питающихся от этой же сети переменного тока.

Так, при выключении мощных электромагнитных устройств из-за накопленной в них энергии могут возникать выбросы (импульсы) напряжения до нескольких киловольт. Частотный спектр помех, возникающих при выключении контакторов, АВР и других силовых устройств, лежит в диапазоне от нескольких килогерц до нескольких десятков мегагерц.

Современные ВБВ работают на частотах от 20 до 500 кГц, а скорости переключения тока и напряжения достигают соответственно 200…500 А/мкс и 100…800 В/мкс при токах до нескольких ампер и напряжений до нескольких сотен вольт.

Любой проводник, обтекаемый таким импульсным током, превращается для других устройств и даже для других узлов самого выпрямителя в излучающую антенну.

Поэтому для других потребителей электрической энергии переменного тока и для аппаратуры связи сами ВБВ могут являться источниками помех, передаваемых как непосредственно по общим соединительным проводникам, так и посредством электромагнитного поля. Помимо индустриальных помех, существуют атмосферные помехи, обусловленные прежде всего разрядом молнии.

Электромагнитные импульсы от близкого разряда молнии не только создают мощные помехи в диапазоне частот до нескольких десятков мегагерц, но и способны привести к разрушению входных цепей аппаратуры и выпрямительных устройств.

Эффективным средством борьбы с помехами, передаваемыми посредством магнитного поля является применение витой пары для прямого и обратного проводов цепи, экранирование проводников, отдельных узлов и устройств в целом, сочетающееся с корректным их заземлением. Для ослабления помех, распространяющихся электрическим путем между фазным проводником и нейтралью (так называемая дифференциальная составляющая помехи), а также между каждым из этих проводников и заземляющими проводниками (синфазная составляющая помехи), применяются фильтры нижних частот, выполненные на пассивных элементах (высокочастотных конденсаторах и дросселях).

В качестве примера на рисунке представлен входной помехоподавляющий фильтр персонального компьютера конструктива АТХ.

Двухобмоточный дроссель L3 (L4) имеет равное число витков обмоток и благодаря встречному включению обмоток обладает нулевым индуктивным сопротивлением для полезного сигнала (тока, потребляемого от питающей сети). Для синфазной составляющей помехи со стороны сети, распространяющейся по цепи фазный провод

L — земля (PE), дроссель LI совместно с верхней обмоткой дросселя L3 и конденсатором С2 образуют первое звено сглаживающего LC-фильтра нижних частот. Второе звено LC-фильтра для синфазной составляющей помехи со стороны сети, распространяющейся по цепи L-PE представлено верхней обмоткой дросселя L4 и конденсатором С5. Первое звено.

LC-фильтра для синфазной составляющей помехи со стороны сети, распространяющейся по цепи N-PE, представлено дросселем L2, нижней обмоткой дросселя L3 и конденсатором СЗ. Второе звено LC-фильтра для этой синфазной составляющей помехи со стороны сети представлено нижней обмоткой дросселя L4 и конденсатором С6.

Обычно магнитопровод дросселей L3 и L4 выполняется из низкочастотного феррита с высокой магнитной проницаемостью. Для эффективного подавления синфазных и дифференциальных составляющих помех на высоких частотах введены дроссели L1 и L2 с высокочастотными сердечниками. Дроссели L1 и L2 совместно с конденсаторами С2…

С7 обеспечивают ослабление дифференциальной составляющей помехи со стороны сети, распространяющейся по цепи L-N. Ослабление синфазной составляющей помехи, распространяющейся из ВБВ в сеть по цепи L-PE, осуществляется LC-фильтром, представленным верхней обмоткой дросселя L4 и конденсатором С2.

Нижняя обмотка этого дросселя L4 и конденсатор С3 образуют LC-фильтр нижних частот для синфазной составляющей помехи со стороны ВБВ, распространяющейся по цепи N-РЕ. Во входной помехоподавляющий фильтр введены также предохранитель F и терморезистор R. Предохранитель F обеспечивает отключение блока питания от сети переменного тока при перегрузках или коротких замыканиях в нем.

Керамический терморезистор введен в фильтр для уменьшения пусковых токов при подключении системного блока компьютера к сети переменного тока. При нагреве терморезистора свыше определенной температуры его сопротивление резко возрастает, что и ограничивает пусковые токи.

Для ослабления дифференциальной составляющей помех, распространяющихся из сети в ВБВ, во входном ППФ введены дросселя L2…L4 и конденсаторы С4…С6.

Эти же элементы совместно с конденсаторами С7, С8 обеспечивают ослабление синфазной составляющей помех, распространяющихся из сети в ВБВ во всем радиодиапазоне, т. е. начиная с частоты 0,15 МГц.

Для ослабления дифференциальной составляющей помех, распространяющихся из ВБВ, в сеть введены конденсаторы С1…С3, образующие совместно с дросселями L2…L4 Г-образные LC-фильтры нижних частот для этой составляющей помех.

Для разряда энергии, запасаемой конденсаторами и дросселями входного ППФ (при отключении ВБВ от сети), введены резисторы R1…R9. Дроссель L1, обмотки которого расположены на одном общем магнитопроводе, совместно с конденсаторами С4…С8 обеспечивает ослабление синфазных помех, распространяющихся из сети в ВБВ.

Используемая литература: Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В. М. Бушуев, В. А. Демянский, Л. Ф. Захаров и др. — М.: Горячая линия—Телеком, 2009. —

384 с.: ил.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

Страничка эмбеддера » Сетевые фильтры и помехоподавляющие конденсаторы

В сетевых фильтрах часто используют хитрые конденсаторы с непонятными многим надписями — X1, Y2 итп. Это — помехоподавляющие конденсаторы. Разобраться в том, зачем они нужны и чем отличаются от «просто конденсаторов» поможет эта статья.

Помех в сети всегда хватало — сначала они появлялись от щеточных двигателей, а теперь их в промышленных масштабах производят импульсные блоки питания. То, что помехи — это плохо, лишний раз распинаться не стоит. Сетевое напряжения в крайних случаях выглядит как-то вот так:Видно, что это сильно отличается от синусоиды, которая там должна быть.

Для того, чтобы избавиться от помех, нужно сформировать беспрепятственный путь, по которому ток помехи может вернутся к источнику. Обычно такой путь, по закону Мерфи, лежит через самое чувствительное оборудование.

Наша задача сделать так, чтобы помехам не «захотелось» залазить в «нежные места» наших схем, но дать току помех течь туда, куда он «хотел» течь (в нейтраль, к примеру).  С другой стороны, можно не доводить сеть до плачевного состояния, не выпуская помехи за пределы устройства.

Для того, чтобы уменьшить помехи, применяют фильтры. Тип фильтра и даже его расположение зависит от конкретного случая. К примеру, если помехи создаются одним источником (двигателем, например), то лучше всего поместить фильтр поближе к этому источнику – замкнуть ток помехи (как на рисунке выше).

Если помехи создаются распределенной схемой в металлическом корпусе (компьютерный блок питания), то фильтр лучше поместить как можно ближе к сетевому шнуру – замкнуть ток помехи внутри корпуса и соединить корпус с самым “чистым” местом схемы, чтобы он сам не излучал.

На рисунке – типичная схема фильтра компьютерного блока питания. Красным показан путь излучаемой помехи, а зеленым – помехи, передающейся по проводам.

Помеха имеет две составляющих – синфазную и противофазную.

Противофазная составляющая помехи — это напряжение помехи между фазой и нейтралью. Для ее подавления используются конденсаторы типа X. Само название X происходит от английского “across-the-line”, буква X похожа на крест (“cross”). На рисунке выше, это конденсатор – C1.

К этим конденсаторам предъявляются такие требования – они должны выдерживать максимально допустимые в сети всплески, не загораться при выходе из строя и не поддерживать горение.

Сейчас используются два основных подкласса X-конденсаторов – X1 и X2.

• X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4кВ.

• X2 – самый распространенный класс конденсаторов. Используется в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250В, выдерживают всплеск до 2.5кВ.

Емкость X конденсаторов варьируется от 0.1мкФ до 1мкФ. Какую емкость нужно выбрать для данного конкретного прибора можно выяснить только с осциллографом.

Синфазная составляющая помехи — это напряжение помехи между обоими сетевыми проводами и корпусом устройства. Понять, что это такое и зачем нужно немного сложнее.

Рассмотрим типичный импульсный источник питания. Между первичной и вторичной обмоткой трансформатора T1 всегда есть паразитная емкость (нарисована зелененьким). Представим, что конденсатора C7 пока нет. Высокочастотные пульсации беспрепятственно проникают со стока транзистора (самое шумное место схемы!) на вторичную обмотку через зелененькую емкость.

Таким образом, на всей выходной части блока питания присутствуют пульсации (с частотой блока питания) относительно заземления и обоих сетевых проводов. Напряжение эти пульсаций может доходить до тысяч вольт. Наш мега-чувствительный прибор будет излучать эти пульсации в эфир, а излучать помехи – это тоже самое, что ловить помехи только с обратным знаком.

Прибору будет плохо.

Теперь добавим конденсатор C7. Ток помехи, который просочился через зеленый конденсатор теперь может вернуться туда, откуда взялся по более короткому и менее сложному пути, чем в предыдущем случае и в наш мега-чувствительный прибор ему больше течь не хочется!

Заметьте, что конденсатор C7 теперь связывает сеть с выходом блока питания! Но ведь это-же опасно! Человек, который дотронется одновременно к выходу такого блока питания (к корпусу устройства) и к заземлению (к батареи отопления, к примеру), получит заметный, но не страшный удар. А что будет, если конденсатор C7 сломается? Правильно, выход блока питания станет “электрическим стулом”. Именно поэтому и сделали конденсаторы типа Y – они предназначены для работы в тех местах, где выход их из строя угрожает жизни людей.

Конденсаторы Y – типа делятся на 2 основных класса

• Y1 – Работают при номинальном сетевом напряжении до 250В и выдерживают импульсное напряжение до 8кВ

• Y2 – Самый популярный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250В и выдерживает импульсы в 5кВ

Теперь немного фактов.

• Конденсаторы Y типа можно использовать вместо конденсаторов X типа, но нельзя использовать конденсаторы X типа вместо конденсаторов Y типа.

• Конденсаторы Y типа имеют обычно намного меньшую емкость, чем конденсаторы X типа.

• Если для конденсаторов X типа чем больше емкости, тем лучше, то емкость конденсаторов Y типа нужно выбирать как можно меньшей. Типичное значение 2.2нФ уже прилично бьется, если хватануться за выход БП и за батарею.

• Несмотря на все меры безопасности, производители рекомендуют вынимать вилку из розетки, когда вы на долго покидаете дом.

Рекомендую также почитать документ

CAPACITORS FOR RFI SUPPRESSION OF THE AC LINE: BASIC FACTS

Как выбрать сетевой фильтр | Бытовая техника | Блог

С развитием технологий растет и количество полезных приборов, без которых уже трудно представить свою жизнь. Сегодня все бытовые приборы и гаджеты необходимо подключать к электросети для постоянной работы или подзарядки, поэтому потребность в большом количестве розеток постоянно растет. Сетевые фильтры оснащают защитой от короткого замыкания, отдельными или общими выключателями. Кроме этого, продвинутые и дорогие модели фильтруют высокочастотные помехи, которые образуются из-за большого количества подключенных к электрической сети приборов и плохой, старой проводки.

Как это работает?

Сетевой фильтр, в зависимости от стоимости, выполняет следующие функции:

1. Защита от короткого замыкания;

2. Фильтрация высокочастотных помех;

3. Защита от кратковременных импульсов напряжения.

Короткое замыкание – состояние электрической цепи, когда фаза и ноль соединены напрямую без нагрузки. Т.е. если где-то обрыв провода, если что-то в каком-то приборе замкнуло, то сетевой фильтр должен вырубиться и защитить оставшуюся аппаратуру.

Помехи – следствие работы приборов, подключенных к сети. Почти вся электроника сейчас на импульсных источниках питания – телевизоры, компьютеры и т.д. Импульсные блоки питания неизбежно дают помехи в сеть. Кроме них помехи дают и приборы с индуктивной нагрузкой, например холодильник.

Высокочастотные помехи не вредят электронике, но сказываются на её работе. Например, в аудиотехнике могут появиться посторонние звуки, на экране аналогового телевизора или монитора рябь и искажения.

Импульсы напряжения возникают из-за подключения к сети любой реактивной нагрузки, опять же холодильник, сварочные аппараты и прочее. Чтобы случайно ничего не сгорело, в сетевые фильтры ставят варристоры, которые поглощают эти имульсы. Но от длительного воздействия высокого напряжения они редко защищают.

Типы сетевых фильтров

Удлинитель – самый простой прибор, состоящий из провода и розеток. У него нет фильтров и автоматов для предотвращения короткого замыкания.

Сетевой фильтр – тоже, что и удлинитель, но еще с высокочастотным фильтром, т.е. устраняет высокочастотные помехи. В дополнении к этому с выключателем и зачастую с терморазмыкателем.

Тройник , разветвитель – обычный разветвитель на несколько розеток без провода.

Ваттметр – измерительный прибор, определяет мощность потребления электричества.

Энергомер – по принципу работы похож на ваттметр, в дополнении регистрирует потребляемую мощность по аналогии со счетчиком .

Количество и тип розеток

В современных сетевых фильтрах бывает до восьми розеток. Следовательно, в одну настенную розетку вы можете через фильтр подключить до восьми сетевых приборов – это несомненный плюс. Но стоит учитывать: подключение к фильтру большого количества приборов может привести к его автоматическому отключению из-за перегрузки.

Существует множество различных видов разъемов, в сетевых фильтрах выделяют два типа розеток:

— Тип С и тип F. Европейский вид розетки, два круглых штырька. Отличие типа F в том, что у него присутствуют контактные пластины для заземления, чего нет у типа С. Заземление розетки позволяет избежать неприятных, а порой и опасных ситуаций. Многие сталкивались с проблемой, когда при прикосновении к стиральной машине или электроплите ударяет током, это возникает по причине отсутствия заземления. В большинстве квартир заземление сделано только у плиты.

Производители выпускают фильтры с вилкой IEC C14 (компьютерная). Данный тип разъема используется для прямого соединения к источнику бесперебойного питания. Сетевой фильтр подключенный напрямую через ИБП способствует более надежной защите оборудования от скачков напряжения и отключения электричества.

Основные параметры сетевых фильтров

Выбирая сетевой фильтр следует обратить внимание на максимальную мощность подключенной нагрузки и максимальный ток нагрузки. Эти параметры позволяют рассчитать целесообразность приобретения различных моделей. При расчете максимальной мощности ток необходимо умножить на напряжение (к примеру: 5 А умножаем на 220 В и получаем 1100 Вт). Затем складываем мощность приборов, которые планируется подключать через сетевой фильтр. Если суммарная мощность техники выше максимально допустимой мощности фильтра, то следует подобрать модель, выдерживающую более высокую нагрузку.

К примеру: при подключении к сетевому фильтру ПК и периферии, он будет работать без нареканий, так как мощность потребления у этих приборов невысокая. Но если планируется использовать сетевой фильтр на кухне, подключать одновременно электрочайник, плиту, водонагреватель, то при одновременной работе всех приборов фильтр отключится.

Уровни защиты

По степени защиты сетевые фильтры можно условно разделить на:

1. Базовый уровень защиты (Essential). Такие фильтры имеют самую простую (базовую) защиту. При импульсах напряжения принимают удар на себя, характеризуются не высокой стоимостью и простотой в конструкции. Применять их лучше с недорогой и маломощной техникой. Служат альтернативой обычным удлинителям.

2. Продвинутый уровень защиты (Home/Office). Подходят для большинства приборов в доме и офисе, представлены на рынке широким ассортиментным рядом и лояльной стоимостью по отношению к качеству.

3. Профессиональный уровень защиты (Performance). Гасит практически все помехи, рекомендуется к приобретению для дорогой чувствительной к помехам технике. Сетевые фильтры с профессиональным уровнем защиты дороже по стоимости в отличии от предыдущих, но их надежность полностью окупает издержки.

Защита от кратковременных скачков/импульсов напряжения – практически все фильтры оснащены данной функцией, принцип ее действия заключается в поглощении кратковременных высковольтных импульсов. От длительного повышенного напряжения она не защищает. Если в вашем доме большую часть времени повышенное или пониженное напряжение, то лучше отдать предпочтение стабилизатору, так как сетевой фильтр будет бесполезен.

Отключение при перегреве — за отключение отвечает датчик перегрева, при возрастании температуры выше предельно допустимой сетевой фильтр обесточивается. При использовании фильтра вблизи отопительных приборов или на максимальной мощности потребления датчик перегрева поможет избежать его поломки или возникновения опасных ситуаций.

Подавление помех — на территории России частота подачи электроэнергии составляет 50 Гц, но так же в сети присутствуют дополнительные высокочастотные гармоники. Фильтр устраняет высокочастотную «грязь», снижает ее до минимума, тем самым оставляя чистый 50 Гц синус без лишних гармоник.

Выключатель

Сетевые фильтры оборудованы выключателем для того чтобы постоянно не выдергивать вилку из розетки, выключатель бережет время и безопасен в использовании.

Выключатели встречаются нескольких видов:

Индивидуальные – установлены для каждой розетки сетевого фильтра, нет необходимости выдергивать из фильтра конкретный прибор, можно просто нажать кнопку.

Общие – устанавливаются на верхней или боковой стороне фильтра, обесточивают все приборы, подключенные к сетевому фильтру.

Пульты ДУ – модели сетевых фильтров с пультом ДУ встречаются редко, цена на них высока, но за удобство приходится платить. Удобны в использовании, подходят для людей с ограниченными возможностями.

Длина кабеля

Длинный кабель обеспечивает мобильность, увеличивает площадь, на которой можно использовать подключаемый прибор. Длинные кабели удобны в помещениях с большой площадью для строительных инструментов, пылесосов и прочей переносной техники. Но в небольших помещениях нет необходимости брать удлинитель «с запасом», достаточно ограничиться моделями со средней длиной кабеля, иначе он будет мешать и путаться. Наиболее распространенными длинами сетевых фильтров считается: 1,5; 1,8; 3; 4; 5; 10.

Дополнительные особенности

Индикатор – информирует о включении сетевого фильтра, часто совмещен с кнопкой выключателя. В зависимости от модели может быть общим или индивидуальным для каждой розетки сетевого фильтра.

Крепление на стену – некоторые фильтры оснащены петлями с обратной стороны. Такое дополнение призвано снизить риск повреждения проводов, упростить уборку. Сетевой фильтр удобно крепить к стене или же к внутренней стороне компьютерного стола, провода не будут мешать под ногами.

Крепление для проводов – необходимо если к фильтру подключено большое количество приборов, предотвращает спутывание и залом провода.

Порты USB – созданы для прямого подключения гаджетов к электросети без использования индивидуального зарядного устройства. Стандарт USB получил свое широкое распространение во всем мире, можно заряжать аккумуляторы и при этом не занимать розетку.

Ценовой диапазон

Сетевой фильтр это тот прибор, который может себе позволить каждый, незаменимая вещь в любом доме. Помимо широкого ассортиментного ряда фильтры имеют и большой ценовой диапазон. Стоимость варьируется в зависимости от производителя, степени защиты, максимальной мощности и дополнительных функций. Если нет необходимости в высокой степени защиты, если в вашем доме скачки напряжения редкое явление, то нет смысла переплачивать. В случае постоянных помех электросети сетевой фильтр с высокой степенью защиты незаменим. Следует отметить, что дешевой моделью лучше не ограничиваться, как известно, «скупой платит дважды». Ниже приведена примерная стоимость в зависимости от типа изделия:

Ваттметр — от 890 р.

Разветвитель — от 270 р.

Удлинитель — от 270 до 1400 р.

Тройник — от 290 р.

Сетевой фильтр — от 300 до 3000 р.

Энергомер — от 1300 р.

Помехоподавляющие фильтры (раздел 11)

Раздел 11 — Помехоподавляющие фильтры

В выпрямительных блоках используется импульсный способ преобразования электрической энергии, что создает обратные помехи — со стороны источника в сеть. Кроме того, в состав схемы выпрямительного устройства входят интегральные микросхемы и транзисторные ключи. Для нормального функционирования этих элементов необходимо исключить воздействие помех со стороны источника. То есть, под электромагнитной совместимостью (ЭМС) электронной аппаратуры понимается ее способность функционировать совместно с другими техническими средствами в условиях возможного влияния электромагнитных помех, не создавая при этом недопустимых помех другим средствам. Проблема ЭМС источников и систем электропитания стала особенно острой с появлением и широким внедрением цифровых методов обработки информации в оборудовании связи. Кроме того, в последние годы развитие радиоэлектронных систем увеличенной функциональной и элементной сложности ускоряется вследствие больших успехов в миниатюризации элементной базы. Успехи полупроводниковой электроники привели также к снижению потребляемой аппаратурой мощности, энергетических уровней информационных сигналов и увеличению различного рода входных и выходных сопротивлений элементов. Очевидно, что такие электрические цепи чрезвычайно восприимчивы к воздействию различных помех.

Можно выделить два основных вида источников помех, влияющих на работу аппаратуры связи: внешние устройства коммутации силовых токов и напряжений систем электропитания (ВИП), включая внешние воздействия типа грозы или ядерного взрыва и сами источники вторичного электропитания, имеющие в своем составе полупроводниковые приборы, которые переключают токи и напряжения с очень большими скоростями за малое время коммутации. Помехи ВИП вызваны большими скоростями коммутации токов и напряжений полупроводниковых приборов (транзисторов и выпрямительных диодов) в импульсных стабилизаторах и преобразователях. Импульсные помехи возникают и в низкочастотных выпрямителях, в частности использующихся для выпрямления переменного напряжения синусоидальной формы 220 В, 50 Гц. При использовании современной элементной базы в ВИП скорости переключения тока и напряжения достигают соответственно 200…500 А/мкС и 100…800 В/мкС при изменении соответственно тока от 0 до 2…10 А и напряжения – до нескольких сотен вольт. Верхняя граница частотного спектра помех достигает единиц- десятков мегагерц.

Помехи влияют не только на работу аппаратуры связи (потребителей ВИП), но и определяют работоспособность самих ВИП. Их маломощные схемы управления содержат в своем составе аналоговые и импульсные преобразователи информации, конструктивно расположенные в непосредственной близости от силовых переключателей энергии, силовых транзисторов и выпрямительных диодов.

Для повышения помехоустойчивости аппаратуры, питаемой от ВИП, цепи питания соединяют с корпусом прибора (землей) через конденсаторы сравнительно небольшой емкости (десятые доли, единицы микрофарад) на входе и выходе источника. В этом случае применяют проходные конденсаторы, например типа К10-44 цилиндрической формы с центральным выводом, предназначенным для пропуска проводника с током. Существует большая номенклатура специальных проходных CLC- фильтров, в том числе и малогабаритных, обеспечивающих значительное затухание сигнала помехи в широком диапазоне частот. Электрическая изоляция корпусов приборов и систем от элементов схемы обусловливает наличие двух видов высокочастотных помех, наводимых на соединительных проводниках или печатных дорожках электронных приборов и ВИП. Первый вид – дифференциальное напряжение помехи. Такой сигнал измеряется между двумя соединительными проводниками, сигнальным проводником и общим полюсом или между двумя шинами питания ВИП. Второй вид – синфазное напряжение помехи. Этот сигнал измеряется между корпусом прибора (землей) и любым соединительным проводником (шиной питания ВИП).

Рассмотрим эти помехи на примере схемы однотактного

преобразователя напряжения с внешним управлением, где VT – силовой транзистор, T – силовой трансформатор преобразователя, выходная обмотка которого через выпрямительный диод VD соединена с фильтрующим конденсатором С и нагрузкой (U_Н.). На входе источника первичного напряжения питания включен другой фильтрующий конденсатор – C_П. Конденсаторы C_1П и C_2П на входе ВИП эквивалентны проходным конденсаторам. Конденсаторы C_1Н и C_2Н установлены на выходе. Конденсаторы C_В, C_1М и C_2М учитывают межвитковую емкость первичной обмотки силового трансформатора T и, соответственно, его межобмоточные емкости. Емкости C_В, C_1М и C_2М являются распределенными, их точный количественный учет при расчете помех затруднен и сложен. Для уменьшения синфазной помехи необходимо увеличивать емкости конденсаторов C_1Н и C_2Н. Увеличение емкости C_1П и C_1М , С_2М приводит, при прочих равных условиях, к увеличению синфазной помехи. Отсюда следует, что установка проходных конденсаторов большой емкости только на входных шинах ВИП приводит к увеличению напряжения синфазной помехи. Поэтому обязательной является установка аналогичных конденсаторов и на выходе ВИП. Уменьшение межобмоточных емкостей С_1М и С_2М приводит к снижению уровня помех. Если С_1М = 0, то синфазное напряжение помехи на отрицательной шине питания тоже равно нулю. Это же относится и к другой составляющей синфазной помехи. Реализация этого условия достигается введением экрана Э между обмотками трансформатора Т и подключением его к корпусу прибора.

Наиболее радикальным средством уменьшения помех внутри электронных приборов или ВИП является их подавление в местах возникновения. Существует несколько функциональных источников помех в ВИП: выпрямительные диоды, транзисторные ключи; трансформаторы и дроссели. Рассмотрим меры, которые целесообразно применять для снижения уровня помех перечисленных генераторов. Наличие инерционности полупроводниковых диодов приводит к появлению кратковременного короткого замыкания первичной сети через все одновременно открытые диоды выпрямителя и наличие нулевого значения напряжения на выходе устройства на интервале времени рассасывания зарядов (t_р). Резкое запирание выпрямительного диода приводит к появлению высокочастотных колебательных процессов, частота которых определяется паразитными емкостями диодов, ёмкостью монтажа, соединительных линий и их индуктивными составляющими. Временные диаграммы иллюстрируют работу выпрямителя, когда период частоты переменного напряжения сети соизмерим с интервалом времени t_р, что может иметь место в высокочастотных преобразователях с синусоидальным напряжением.

Если рассматривать работу выпрямителя на наиболее распространенную в ВИП нагрузку – емкостную, то дополнительные помехи связаны с несинусоидальной формой тока через диоды. При этом длительность протекания тока через каждый из выпрямительных диодов меньше, чем при работе на активную нагрузку. С уменьшением уровня пульсаций выходного напряжения выпрямителя длительность открытого состояния диодов уменьшается, а амплитуда тока через них возрастает, что приводит к увеличению высокочастотных помех.

Наиболее распространенным методом снижения помех является искусственное снижение частоты паразитных колебаний. Для этого подключают параллельно каждому из диодов моста конденсаторы емкостью в несколько нанофарад, что снижает резонансную частоту паразитного контура в несколько десятков – сотен раз. Если учитывать индуктивные составляющие сопротивления подводящих питающих цепей выпрямителя, то снижение уровня помех можно достичь включением параллельно входным выводам моста аналогичного конденсатора. Наиболее универсальным и более рациональным способом снижения уровня помех является одновременное уменьшение частоты собственных колебаний паразитного контура и принудительное уменьшение добротности. Это реализуется заменой конденсаторов на последовательные RC- цепи. Оптимальное значение сопротивления резисторов этих цепей определяется условиями максимально возможного снижения добротности и достижением требуемой минимальной резонансной частоты паразитного контура. Сопротивление резистора измеряется единицами – десятками Ом и зависит от мощности выпрямителя.

Существует и другой способ снижения частоты паразитных колебаний, который обеспечивает уменьшение амплитуды импульса тока I_ДСm. Он заключается в искусственном увеличении индуктивной составляющей сопротивления подводящих проводников с помощью нанизывания ферритовых колец малого диаметра непосредственно на выводы выпрямительного диода. При этом возрастает длительность интервала спада тока через запирающийся диод, что вызывает понижение верхней границы частотного спектра помехи.

Наличие в импульсных источниках электропитания индуктивных элементов: трансформаторов и дросселей, перемагничивание которых осуществляется на высокой частоте, обусловливает появление вблизи них магнитных полей рассеяния, которые могут наводить в близлежащих электрических контурах соответствующие токи или напряжения. Наименьшими полями рассеяния обладают трансформаторы с сердечниками тороидальной конструкции ввиду замкнутости магнитного потока внутри трансформатора (дросселя). Влияние полей рассеяния может быть ослаблено рациональным пространственным расположением трансформатора относительно печатных плат (дорожек) или соединительных проводов схемы управления ВИП.

Для снижения уровня помех, наводимых в первичную сеть и в цепь нагрузки, на входе и выходе ВИП используются следующая базовая схема помехоподавляющего фильтра. Проходные конденсаторы C₁ и C₂ предназначены для подавления синфазной составляющей помехи, а дроссели L₁ и L₂ благодаря встречному включению обмоток и наличию конденсатора C₃ снижают дифференциальную составляющую помех. Дроссели L₃, L₄ уменьшают синфазную составляющую, так как их обмотки включены согласно, а конденсаторы C₄…C₆ подавляют обе составляющие помехи.

При наличии в единой электросистеме многих ВИП с импульсным преобразованием энергии установка таких фильтров обязательна, так как они ослабляют влияние ВИП друг на друга по первичной сети и уменьшают влияние помех на электронные устройства. Применение входных фильтров совместно с другими мерами подавления помех дает возможность существенно увеличить проходное сопротивление импульсного ВИП, как функционального узла, не только генерирующего помехи, но и пропускающего их через себя. В частности, предложена установка электростатических экранов с изолирующими прокладками между обмотками или применение специальных типов обмоток трансформаторов.

Контрольные вопросы

1. Назовите источники помех.

2. Виды кондуктивных помех.

3. Поясните схему помехоподавляющего фильтра.

Вопросы тестового контроля

1. Основными источниками помех являются

а) импульсные источники вторичного электропитания; б) электролитические конденсаторы;

в) внешние коммутационные устройства;

г) параметрические стабилизаторы.

Ответ: а, в

2. При работе входного неуправляемого выпрямителя на … нагрузку с уменьшением уровня пульсаций выходного напряжения выпрямителя длительность открытого состояния диодов уменьшается, а амплитуда тока через них возрастает, что приводит к увеличению высокочастотных помех.

Ответ: емкостную

3. Для повышения помехоустойчивости аппаратуры, питаемой от источников вторичного электропитания, цепи питания соединяют с … через конденсаторы сравнительно небольшой емкости на входе и выходе источника.

Ответ: корпусом прибора (землей)

4. К проходным конденсаторам цилиндрической формы относятся

а) К15 – 5

б) СТС — 05RA

в) К50 – 35

г) К50 – 46

д) К10 – 44

Ответ: д

5. Что является причиной кратковременного наличия нулевого значения напряжения на выходе и короткого замыкания первичной сети через все одновременно открытые диоды однофазного мостового выпрямителя в импульсном источнике вторичного электропитания

а) высокое быстродействие диодов;

б) разные динамические сопротивления диодов;

в) инерционность диодов;

г) характер нагрузки.

Ответ: в

6. Какие два вида кондуктивной помехи имеют место в импульсных источниках электропитания

а) синфазное напряжение помехи;

б) коммутационные помехи;

в) электромагнитные помехи;

г) акустический шум;

д) дифференциальное напряжение помехи.

Ответ: а, д

7 . Для подавления какого вида помехи в схеме фильтра служат конденсаторы C₁ и C₂ ?

а) синфазного напряжения помехи;

б) коммутационных помех;

в) электромагнитных помех;

г) акустического шума;

д) дифференциального напряжения помехи.

Ответ: а

8. Для подавления какого вида помехи в схеме рисунка служат дроссели L₁ и L₂ и конденсатор C₃ ?

а) синфазного напряжения помехи;

б) коммутационных помех;

в) электромагнитных помех;

г) акустического шума;

д) дифференциального напряжения помехи.

Ответ: д

9. Для подавления какого вида помехи в схеме рисунка служат дроссели L₃, L₄ ?

а) синфазного напряжения помехи;

б) коммутационных помех;

в) электромагнитных помех;

г) акустического шума;

д) дифференциального напряжения помехи.

Ответ: а

10. Для подавления какого вида помехи в схеме рисунка служат конденсаторы C₄…C₆?

а) синфазного напряжения помехи;

б) коммутационных помех;

в) электромагнитных помех;

г) акустического шума;

д) дифференциального напряжения помехи.

Ответ: а и д

Для чего нужны электрические помехоподавляющие фильтры

В производстве современной электронной аппаратуры большое значение имеет качественная фильтрация помех, с помощью которой решаются основные задачи:

1. Защита от электромагнитного внешнего воздействия устройства.
2. Фильтрация создает препятствия для паразитного излучения, в окружающую среду, которое возникает вследствие работы приборов.

Фильтры электрические помехоподавляющие в последнее время все чаще стали использовать строители — проектировщики при устройстве грозозащитной системы зданий. Потому что стали уделять гораздо больше внимания защите и безопасности внутреннего электрического оборудования, приборов, систем.

В бытовых приборах и технике, которые есть в каждом современном доме, отсутствие защиты может привести не только к изменению режимов эксплуатации и поломок, но и полного выхода из строя.

Специалисты называют возможные причины перепадов напряжения в электрических цепях:

1. включение и работу приборов высокой мощности;
2. включение в сеть и работу приборов высокой частотности;
3. влияние электричества, которое находится в грозовых разрядах.

Сфера применения помехоподавляющего оборудования для техники:

1. бытовой;
2. мобильных аппаратов;
3. силовых линий;
4. сигнальных сетей;
5. автомобилей;
6. промышленных приборов и устройств.

Помехоподавляющие фильтры могут служить в качестве пассивных средств защиты информации, ее утечки радиоэлектронных устройств и средств вычислительной техники. Кроме того, использование фильтров повышает надежность и помехозащищенность устройств и аппаратуры, снижая ее металлоемкость, улучшая массогабаритные и ценовые показатели.

Выбор типа фильтра зависит:

1. от электротехнических характеристик системы, в которую он должен быть установлен;
2. от требований эффекта подавления помех;
3. от частотных характеристик непосредственно фильтруемой цепи;
4. от реальных условий и факторов, влияющих на ограничение установки в аппаратуре;
5. от подключения и использования в сети переменного тока, или в цепи постоянного тока, от величины затухания и условий эксплуатации.