Схема сетевого фильтра для питания радиоаппаратуры. Эффективные сетевые фильтры для защиты радиоаппаратуры от помех и перенапряжений

Основные элементы схемы:

• Варисторы на входе для защиты от импульсных перенапряжений
• LC-фильтр из дросселей L1, L2 и конденсаторов для подавления ВЧ помех
• Плавкие предохранители F1, F2 для защиты от КЗ и перегрузки

Такая схема обеспечивает комплексную многоступенчатую защиту подключенной аппаратуры от различных видов помех в электросети.

Правила подключения и использования сетевых фильтров

Для максимально эффективной работы сетевого фильтра важно соблюдать следующие правила его подключения и эксплуатации:

1. Подключать фильтр непосредственно в стенную розетку, не используя удлинители
2. Не превышать максимально допустимую суммарную мощность подключаемых устройств
3. Не включать в фильтр приборы с большими пусковыми токами (холодильники, кондиционеры)
4. Не допускать попадания влаги на корпус и внутрь фильтра
5. Периодически проверять работоспособность защиты по индикатору
6. Заменять фильтр при срабатывании защиты от серьезных перенапряжений

Соблюдение этих простых правил позволит обеспечить надежную защиту вашей радиоаппаратуры на долгие годы.

Заключение: важность использования качественных сетевых фильтров

Применение хорошего сетевого фильтра является обязательным условием для обеспечения долгой и стабильной работы чувствительной радиоаппаратуры. Качественный фильтр надежно защищает технику от опасных скачков напряжения, импульсных помех и других проблем в электросети. Это позволяет:

• Продлить срок службы дорогостоящего оборудования
• Улучшить качество звука и избавиться от посторонних шумов
• Предотвратить выход из строя чувствительной электроники
• Сэкономить на возможном ремонте или замене аппаратуры

Поэтому не стоит экономить на приобретении качественного сетевого фильтра — эти вложения многократно окупятся в процессе эксплуатации вашей радиоаппаратуры.

Сетевой фильтр принцип действия

Что такое сетевой фильтр? – это относительно недорогое устройство, предохраняющее достаточно ценные электроаппараты отперегрузок по току, высокочастотных и импульсных помех, аномального напряжения (повышенного или пониженного относительно нормы).

Основная задача фильтра – пропустить через себя переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В, а всяким выбросам напрочь закрыть дорогу. Выбросов же в сети великое множество, и возникают они по разным причинам.

Например, включился холодильник, т.е. сработало пусковое реле его компрессора. В момент включения компрессор (электродвигатель) потребляет ток, в десятки раз (в 20. 40 раз) превышающий тот, что указан в паспорте. На этот миг в сети возникает “просадка’’ напряжения с последующим всплеском (рис.1) – вот и помеха!

Даже включение обычных лампочек в люстре приводит к возникновению, вроде бы, незаметных помех такого же характера. Они в момент включения потребляют ток, примерно в 10 раз больший номинального (пока спираль холодная).

Самое неприятное то, что амплитуда напряжения помехи может исчисляться сотнями, а то и тысячами вольт. Этого вполне хватит, чтобы “спалить” какое-либо чувствительное устройство.

Рис. 1. Напряжения с последующим всплеском.

Как же эту ситуацию предотвратить? Вот тут на арене и появляются сетевые фильтры питания! Они способны “проглотить” все вредные выбросы питающего напряжения.

Справедливости ради надо отметить, что медленные провалы напряжения ни один фильтр питания скомпенсировать не способен (для этой цели служат стабилизаторы напряжения).

Но наиболее опасными для аппаратуры являются все же импульсные помехи.

Принципиальная схема

На рис.2 приведена типовая схема сетевого фильтра питания. На ней показана трехпроводная (европейская) сеть питания: “фаза” – “ноль” (“нейтраль”) – “земля”. Сразу на входе фильтра стоит варис-тор VR1.

Его задача – подавить высоковольтные выбросы напряжения сети. При появлении такого выброса электрическое сопротивление варистора резко падает, и он замыкает через себя эту помеху, не позволяя ей пройти дальше. Следом включены дроссель Т1 и конденсаторы С1, С2, СЗ, образующие LC-фильтр.

Сопротивление дросселя возрастает с увеличением частоты тока, а конденсаторов падает, так что все высокочастотные помехи задерживаются или “стекают” в землю.

Помехи могут возникать не только между сетевыми проводами (“фазой” и “нейтралью”), их отфильтрует конденсатор С3, но и между “фазой” и “землей”, а также возможны помехи “нейтоаль» – “земля”. Для эффективного подавления таких помех служат конденсаторы С1 и С2.

Рис. 2. Типовая схема сетевого фильтра питания.

При отсутствии земли общая точка конденсаторов С1 и С2 “висит” в воздухе, что приводит к созданию ими и дросселем Т1 паразитного колебательного контура, который начинает излучать высокочастотное электромагнитное поле, становясь источником потенциальной опасности для расположенной рядом радиоаппаратуры.

Рис. 3. Схема сетевого фильтра без заземленных конденсаторов и связи с землей.

Поэтому в двухпроводной сети применяются фильтры без этих конденсаторов и связи с “землей” (рис.З). Типовая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) сетевого фильтра показана на рис.4. Из этого графикавидно, что чем выше частота помех, тем эффективнее они подавляются.

Рис. 4. График зависимости.

Стоит остановиться на одной особенности фильтров питания. Речь пойдет все о той же “земле”. Существует целый класс сетевых фильтров, у которых заземляющий провод не имеет никакой связи с внутренней схемой, кроме соответствующих контактов самих евророзеток и заземляющего контакта евровилки.

Этим достигается важное преимущество: при работе от сети с заземлением все розетки фильтра заземлены, как и положено. Но в случае отсутствия “земли” в сетевой розетке (типичный случай отечественной сети питания) все розетки фильтра объединены между собой по заземляющему контакту (естественно, сам фильтр при этом не заземлен).

Представим, например, схему подключения различной периферии к компьютеру, показанную на рис. 5а (типичный случай – подключены принтер, сканер, внешний звуковой усилитель И Т.П.).

Это – идеальная схема: все подключено к заземленной сети питания, потенциалы корпусов устройств одинаковы (равны нулю), поскольку соединены с “землей”. В случае возникновения пробоя или повреждения изоляции любого из устройств “лишнее” напряжение уйдет в землю.

Рис. 5. Схемы подключения различной периферии к компьютеру.

Теперь возьмем схему соединений для случая сети без заземления (рис.5б). Как видно, провод заземления отсутствует, и единственной связью корпусов устройств является слаботочный интерфейсный кабель (точнее, его экранирующая оплетка).

При разности потенциалов корпуса компьютера и внешнего устройства (а такое наблюдается сплошь и рядом!) уравнительные токи, текущие от большего потенциала к меньшему, могут легко “выжечь” входные и выходные порты соединенных устройств.

Таких случаев встречается множество. Самый распространенный – выгорание входа или выхода звуковой карты в случае подключения ее к внешнему источнику сигнала или к усилителю звука.

Для решения проблемы нужно подключить эти устройства к “европейскому” удлинителю, даже не соединенному (за неимением) с внешней “землей” (рис,5в). Здесь электрические потенциалы всех устройств выровнены, сквозные токи выберут себе более легкий путь через заземляющие контакты евророзеток, и ничего страшного не произойдет.

Основные параметры сетевых фильтров

Сечение подводящих проводов. Чаще всего сетевой фильтр (рис.6) выпускается с сечением жил порядка 0,75 или 1 мм2. Такое сечение считается достаточным, поскольку максимальный ток нагрузки, на который рассчитывается фильтр, обычно не превышает 10 А.

На такой ток устанавливается и предохранитель. При необходимости можно найти сетевой фильтр повышенной мощности, сечение жил проводов которого достигает 1,5 мм2. Предохранитель у такого устройства – на номинальный ток 16 А.

Рис. 6. Типичный сетевой фильтр-розетка.

Длина подводящего провода сети. Стандартизованная длина сетевого провода фильтра-180 см. У отдельных моделей она может равняться 190 см, 300, а то и 500 см. Количество розеток. Обычно их 4. 6 штук (рис.7).

Как правило, все розетки-с заземляющими “ушками” (типа “евро”). Встречаются фильтры с розетками разного типа (1 -универсальная и 4, 5 – “евро”, рис.8).

Рис. 7. Набор розеток.

Число и типы предохранителей. Предохранители включаются в сетевой фильтр для защиты от перегорания варисторов при больших импульсных помехах и отключения потребителей при коротком замыкании или длительной перегрузке нагрузочных цепей.

Для большей надежности отдельные изготовители, помимо термопредохранителей, устанавливают еще и самовосстанавливающиеся быстродействующие предохранители (на базе полупроводниковой металлоорганики).

Фильтры

Предназначены для подавления помех. Встречаются чисто емкостные и индуктивно-емкостные на основе LC-цепочек. Катушки сетевого фильтра бывают без сердечников или с ферритовыми сердечниками (лучше всего на ферритовых кольцах).

Добавочные устройства. Индикаторы включения и исправного состояния защиты на светодиодах или на неоновых лампочках светятся при включенном фильтре (или его отдельном канале) и гаснут, когда срабатывают предохранители. Разрядники (газовые) подстраховывают варисторы при больших амплитудах импульсных помех.

Любые электроприборы требуют правильной эксплуатации. В отношении сетевых фильтров тоже есть ряд правил безопасности. Фильтры противопоказано подключать друг к другу.

Рис. 8. Пример фильтра с евро-розетками.

Это может неоправданно увеличить ток в “земляном” проводе. Кроме того, к сетевым фильтрам нельзя подключать устройства с большими пусковыми токами (пылесосы, кондиционеры, холодильники и пр.). Не рекомендуется подключать сетевые фильтры к источникам бесперебойного питания, поскольку это может привести к повреждению схем защиты.

Самодельные сетевые фильтры

Нередко имеющиеся в продаже дешевые фильтры на самом деле фильтрами не являются. Например, фильтр-удлинитель (рис.9). Там внутри находится лишь варистор, ограничивающий кратковременные высоковольтные импульсы, которые иногда возникают в сети, и токовый размыкатель, срабатывающий при протекании большого тока (рис 10).

Рис. 9. Фильтр-удлинитель.

Рис. 10. Что внутри фильтра-удлиннителя.

На корпусе есть кнопка, которую нужно нажать, чтобы снова замкнуть размыкатель, если он сработал. Для превращения этого удлинителя в полноценный фильтр внутрь нужно встроить фильтрующие цепи.

На исходной схеме (рис.11а) S1 -токовый размыкатель, VR1 – варистор типа 471 (числом кодируется максимальное напряжение, а от диаметра зависит максимальная энергия подавляемого импульса).

Рис. 11. Схема фильтрующих цепей для встраивания в удлиннитель-розетку.

В доработанном варианте (рис. 11 б) добавляется RLC-фильтр. Катушки L1 и 12 вместе с конденсаторами С1 и С2 образуют LC-фильтр.

Индуктивное сопротивление катушек растет на высоких частотах. Чтобы ослабить и низкочастотные помехи, последовательно с катушками включены резисторы R1 и R2. Резистор R3 разряжает конденсаторы при отключении фильтра от сети. При сборке фильтра (рис. 12) варистор оставляется штатный (типа 471, диаметром 6. 10 мм).

Чем больше сопротивление резисторов R1 и R2, тем лучше фильтрация, но больше их нагрев и потери напряжения в фильтре. Поэтому сопротивление резисторов выбирается в зависимости от суммарной мощности, потребляемой всеми теми устройствами, которые будут подключаться к фильтру (при указанных номиналах РНагр.макс=250 Вт).

Дроссели L1 и L2 – промышленные высокочастотные, типа ДМ-1 индуктивностью 50. 100 мкГн. Конденсаторы – пленочные, типа К73-17 или аналогичные (импортные меньше по габаритам) емкостью не менее 0,22 мкФ (больше 1 мкФ тоже не нужно). Сопротивление резистора РЗ – не критично (от 510 кОм до 1,5 МОм).

Дополнительно на сетевой провод возле самого удлинителя желательно одеть ферритовую шайбу (удобнее всего разрезную на защелках – рис.13).

Рис. 12Сборка фильтра.

Рис. 13. Ферритовая шайба.

Другой вариант схемы помехоподавляющего сетевого фильтра приведен на рис. 14. Для большей эффективности он состоит из двух соединенных последовательно звеньев.

Первое (конденсаторы С1, С4, С5, С8, С9 и двухобмоточный дроссель 12) отвечает за подавление помех частотой выше 200 кГц.

Второе звено (двухобмоточный дроссель И с остальными конденсаторами) подавляет помехи, спектр которых простирается ниже указанной частоты (вплоть до единиц килогерц).

Рис. 14. Схема помехоподавляющего сетевого фильтра.

Благодаря магнитной связи между обмотками дросселей происходит подавление синфазных помех (тех, что наводятся одновременно на оба сетевых провода или излучаются ими).

Поэтому обмотки каждого дросселя должны быть одинаковыми и симметрично намотанными на магнитопроводы. Важно обеспечить правильную фазировку обмоток.

Их начала обозначены на схеме точками. Дроссель L1 намотан на ферритовом магнитопроводе Ш12×14 с самодельным каркасом из злектрокартона сложенным вдвое проводом ПЭЛШО 00,63 мм. Обмотка содержит 87 витков. Марка феррита, к сожалению, неизвестна. Измеренная прибором 1.Р235 индуктивность каждой обмотки – около 20 мГн.

Для дросселя 1.2 использован броневой магнито-провод Б22 из феррита 2000НМ1. Его обмотки содержат по 25 витков и намотаны тем же проводом и таким же образом, что и обмотки дросселя L1. Индуктивность каждой обмотки дросселя L2 – 120 мкГн.

Конденсаторы первого звена фильтра – слюдяные. Поскольку малогабаритных конденсаторов такого типа требующейся для фильтра емкости на нужное напряжение не существует, пришлось соединить попарно-параллельно конденсаторы КСО-5 меньшей емкости.

Аналогичное решение, но с попарно-последовательным соединением конденсаторов С2, С3 и С6, С7 (пленочных зарубежного производства), принято и во втором звене фильтра для обеспечения нужного рабочего напряжения.

Подключенные параллельно конденсаторам резисторы R1. R4 выравнивают приложенные к ним напряжения и обеспечивают быструю разрядку всех конденсаторов после отключения фильтра от сети. Конденсатор С9 – типа К78-2. Плата фильтра помещена в заземленную металлическую коробку.

Материал подготовил В. Новиков. РМ-07-12, 08-12.

Хотите, чтобы ваша техника работала долго и не вышла из строя из-за банального скачка напряжения? Тогда вам стоит знать, что такое сетевой фильтр, принцип его действия и правила выбора. Вся эта информация представлена в данной статье. Поэтому, как говорят в телевизионных шоу: «Не переключайтесь!».

Зачем нужен сетевой фильтр?

Если вы прочитаете характеристики своей компьютерной и бытовой техники, увидите, что они должны работать при напряжении 220 V и частоте 50-60 Гц. По стандарту в ваших розетках оно и должно быть таким. Но на деле это не так.

Осциллограмме присущи непрерывные пики, искажения формы и амплитуды, импульсы и прочее; простыми словами — частые скачки. Причин этому много: включение/отключение мощных электроприборов рядом с вашим домом, атмосферные перепады, короткие замыкания в трансформаторной станции, к которой подпитано ваше жилье, и т. д.

Современная техника чувствительна к помехам в напряжении. Для нее могут быть губительны даже небольшие перепады в 5-10 V, как в большую, так и в меньшую сторону от нормы. Как это возможно? Дело в так называемых переходных процессах. Кратковременный скачок напряжения на входе может увеличиться внутри оборудования по инерции.

Для сглаживания этих помех и придумали такую полезную штуку как сетевой фильтр.

Сетевой фильтр в разрезе

Чтобы понять, каким образом сетевой фильтр может защитить технику, стоит разобраться, из чего он состоит и как работает.

В его комплектацию входят два вида фильтров (элементов для фильтрации тока):

• Варистор. Это полупроводниковый прибор, на сопротивление которого влияет сетевое напряжение: чем выше оно поднимается, тем ниже становится сопротивление. Он включается вместе с оборудованием, которое защищает, поэтому к его выводам прилагается такое же напряжение, как и к вашей технике.

Когда оно стабильное, через данный фильтр проходит незначительный ток, поэтому он выступает в роли простого изолятора. Но если будет импульс высокого напряжения, сопротивление этого фильтра моментально упадет, за счет чего электроэнергия преобразуется в тепловую, что обезопасит ваше оборудование. В такой момент сила тока, пропускаемого по варистору, может составить тысячи ампер.

• LC-фильтр. Его назначение — подавление высокочастотных помех (от 100 Гц до такого же количества Ггц). Их может вызвать сосед, делающий ремонт с перфоратором или сварочным аппаратом, расположенная рядом стройка с включенным генератором и т. п.

Этот фильтр состоит из катушек индуктивности: L снижает резкие перемены в токе, а С — высокочастотные колебания. Также в него входит включенный параллельно нагрузке конденсатор емкостью 0,22 – 1,0 мкФ.

Еще в комплектацию многих сетевых фильтров входят плавкие предохранители для дополнительной защиты варистора. А также все модели предполагают кнопку, нажав которую вы можете одновременно прервать подачу питания ко всем включенным устройствам.

Технические особенности

Тех, кто близко знаком с электрикой, может заинтересовать вопрос «способен ли сетевой фильтр защитить оборудование без заземления на заземляющем контакте?». В целом, качественный фильтр не нуждается в нем.

Все же в характеристиках должны стоять пометки «защита 3-х фаз» или «фаза-ноль, фаза-земля, ноль-земля защита». Это значит, что для каждой фазы предназначен отдельный варистор. Благодаря чему ваши устройства будут защищены от импульсных скачков. В то время как LC-фильтр способен полноценно функционировать и без заземления.

Что еще вам стоит знать? Сетевой фильтр предназначен, в основном, для компьютеров, принтеров, сканеров, мобильных гаджетов, музыкальных центров, телевизоров и т. п. техники. Так как она восприимчива к перепадам напряжения. Включать в них бытовые приборы не имеет смысла, ведь от этого, к примеру, миксер не начнет лучше взбивать или пылесос — сильнее убирать мусор.

Основы выбора

Мне удалось убедить вас в полезности сетевого фильтра? Тогда рассмотрим основные моменты, на которые нужно обращать внимание при покупке:

Цена. Зачастую, по подозрительной низкой стоимости продаются просто удлинители с кнопкой. В лучшем случае в них присутствует один варистор с заземляющим контактом, термопрерыватель и предохранитель максимум на 30А, который сгорит при первом удобном случае.

Хорошим вариантом по приемлемой цене можно считать устройства, например, фирмы Пилот. Не забывайте, что сэкономив на фильтре, вы можете заплатить гораздо больше за починку своей техники.

• Количество розеток. Этот фактор, кстати, тоже влияет на стоимость фильтра. Поэтому если вам предложат по одной цене устройство с 3 и 8 розетками, стоит задуматься о качестве последнего.
• Максимальная нагрузка. Помните, купив фильтр с большим количеством розеток, это еще не значит, что сразу стоит подключать к ним всю имеющуюся технику. Убедитесь, что ее мощность не превышает возможности сетевого устройства.
• Пользуетесь стационарным телефоном или факсом? Существуют фильтры со схемой сглаживания перебоев в телефонной линии.

• Поглощаемый импульсный выброс. Исчисляется в джоулях. Чем выше их число, тем краткосрочные скачки большей силы может погасить фильтр.
• Длина провода. Перед покупкой лучше рассчитать, на каком удалении будут находиться розетки от приборов.

Как бы далеко не шагнуло развитие в области электричества, все равно люди нередко продолжают сталкиваться с различными проблемами, возникающими при работе электр осетей. Скачки напряжения и различные помехи – частые гости многих квартир, домов, а также административных и офисных зданий. Подобные явления оказывают сильное негативное влияние на функционирование всего подключенного к сети оборудования, большая часть из которого отличается довольно высокой стоимостью.

Сегодня в любом жилом и административном помещении находится огромное количество различной дорогой техники, которую необходимо защитить от непредвиденных перебоев в работе электричества, чтобы избежать больших финансовых потерь и снизить риски возникновения пожаров.

Сетевые фильтры – отличный способ защитить оборудование от вероятных помех. Но, прежде чем приобрести данное устройство, необходимо разобраться в его особенностях и понять основное предназначение.

Роль сетевого фильтра

Далеко не новость, что электропитание в наших домах и квартирах редко совпадает с теми, что рекомендованы ГОСТом, т.е. напряжение 220В (+-10%) при номинальной частоте 50 Гц (допустимая погрешность 1 Гц). Электрические станции обеспечивают энергией большое число потребителей, а это напрямую влияет на возрастание нагрузки и, соответственно, на сильные перепады в напряжении (как вверх, так и вниз). Кроме того, на станциях также изменяется частота напряжения, что является причиной сбоев в работе компьютерной и бытовой техники. Даже несмотря на то, что современные электроприборы оснащены встроенными защитными блоками и предохранителями, все равно не осуществляется полноценная защита от скачков напряжения. Самым частым последствием подобных ситуаций является выход из строев блока питания. Он перегорает и, соответственно, прекращается работа электротехники, в число которой чаще всего входят компьютеры, музыкальные центры, DVD-плейеры, телевизоры . Более надежной защитой обладают холодильники, морозильные камеры, стиральные и посудомоечные машины, микроволновые печи . Хотя, нередки случаи, когда и такая бытовая техника мгновенно выходит из строя, не выдерживая перепадов в сети.

Самым надежным вариантом защиты от перебоев в работе электричества яв ляются сетевые фильтры . Именно через них должна подключаться вся техника в квартире, чтобы сгладить возникающие помехи перед подачей напряжения. Благодаря поглощению скачков и искажений обеспечивается самая оптимальная защита различных приборов.

Конструкция сетевых фильтров

Варистор (переменный резистор) – одна из основных частей любого сетевого фильтра, работающая одновременно с тем оборудованием, которое нуждается в защите. Принцип работы варистора следующий : в рабочем состоянии это – изолятор, но в момент повышения напряжения сопротивление падает, тем самым происходит преобразование электроэнергии в тепло, что и обеспечивает защиту. Иными словами, переменный резистор преобразует энергию кратковременных перепадов в тепло, рассеивая ее.

Режектор – не менее важная составляющая часть сетевых фильтров, которая защищает оборудование от помех высокой частоты. Данные помехи появляются в том случае, если рядом от вашего дома работают мощные электрические двигатели или генераторы.

Кроме варистора и режектора в сетевые фильтры встроена специальная система защиты , которая предназначена для прекращения подачи энергии в момент длительного повышения напряжения.

Как правильно выбрать сетевой фильтр?

Современный рынок изобилует различными моделями сетевых фильтров, которые отличаются между собой не только производителем, но и определенными техническими характеристиками. Но несмотря на то, к какой модели относится тот или иной фильтр, ко всем устройствам предъявляются очень высокие требования безопасной эксплуатации.

Технические характеристики, которые необходимо учитывать при выборе сетевого фильтра:

• показатель номинального напряжения (220-230 Вт). Существуют устройства, способные оказать защиту от нагрузок с показателем выше 300 Вт;
• величина максимальной нагрузки (кВт), показывающая ту мощность, которую может перенести предохранитель в сетевом фильтре;
• максимальный поглощаемый импульсный выброс (Дж). Чем выше данный параметр, тем лучше. Это объясняется тем, что фильтру будет проще справиться с сильными краткосрочными перебоями;
• наличие термопредохранителя – автоматизированная защита от перегрузок и коротких замыканий;
• число розеток для подключения электротехники. Но при этом стоит обратить внимание на максимальный предел нагрузки (читайте чуть выше). То есть, к одному сетевому фильтру можно параллельно подключить и блок питания, и монитор компьютера, и акустическую систему и др. Также сейчас выпускаются специальные устройства, предназначенные для осуществления бесперебойного функционирования модемов/факсов. К таким фильтрам относятся модели с наличием защиты телефонных линий;
• качество исполнения и материал изготовления. Важно, чтобы сетевой фильтр был устойчив к температурам, поскольку варистор имеет свойство нагреваться до довольно высоких пределов. Кроме того, короткие замыкания очень часто становятся причиной возгораний. Качественные и надежные устройства изготавливаются из негорючего пластика, который устойчив к ударам.;
• надежность используемых проводов, а также качество их соединений;
• длина провода очень важна, потому что нередко сетевой фильтр применяют в роли удлинителя для подключения разного рода приборов;
• наличие удобного выключателя на корпусе, который помогает мгновенно прекратить подачу электроэнергии в чрезвычайных ситуациях;

Стоит помнить, что изобилие товаров не го ворит о высоком качестве и надежности всех продаваемых приборов. Сегодня рынок отличается как большим ассортиментом, так и большим количеством подделок. Большая проблема в том, что очень сложно отличить хорошо подделанное устройство от качественного сетевого фильтра . Для того, чтобы избежать приобретения некачественного изделия, перед покупкой необходимо внимательно ознакомиться с техническим паспортом, а также не экономить, ведь надежный сетевой фильтр не может иметь очень низкую цену.

Торговая сеть «Планета Электрика» имеет широкий ассортимент сетевых фильтров , а также иных электроустановочных изделий , с которыми более подробно Вы можете ознакомиться в нашем каталоге .

Сетевой фильтр для питания мультимедийной радиоаппаратуры — Меандр — занимательная электроника

Предлагаемый фильтр питания, по уровню предоставляе­мой им защиты, в большинстве случаев, окажется значитель­но эффективнее, чем фильтры, встроенные в недорогие се­тевые удлинители-разветвители промышленного изготовления,

Около двадцати лет назад автор этой статьи стал свиде­телем необычного природного явления. Тёмным зимним ве­чером на воздушной линии электропередачи напряжения 0,4 кВ, прямо на проводах, стали возникать из ниоткуда жёл­то-белые шары размером примерно с баскетбольный мяч, с шипением эти шары со скоростью около 8 км/ч стали ка­таться в одном направлении по проводам как настоящие мячи, а дойдя до изоляторов, закреплённых на электричес­ких столбах, взрывались салютом искр. При этом сами про­вода стреляли электрическими молниями длиною в несколь­ко метров по ближайшим строениям.

Когда через несколько минут я зашел в служебные по­мещения, то перед моими глазами предстала такая карти­на — из разветвительных коробок, выключателей освещения, розеток в направлении ближайших стен били молнии длиною до одного метра. В одну из таких розеток был включен те­левизор, который продолжал безупречно работать, хотя в не­скольких десятках сантиметров от стола с телевизором, в ро­зетке, куда был вставлен его шнур, играла молниями с кир­пичной стеной. Телевизор был ламповый «Рекорд-6». Все эти явления продолжались около десяти минут на линии элект­ропередачи протяжённостью около 300…500 метров. Хотя атакованы молниями были преимущественно деревянные стро­ения, пожаров не возникло. Находящаяся поблизости элект­роподстанция 35 кВ/0,4 кВ задымилась, но электроснабже­ние не прерывалось. Увидеть ещё хотя бы раз такое явле­ние и записать на видео такое необычное шоу мне пока не довелось.

Современная радиоаппаратура с импульсными блоками питания гораздо более чувствительна к различным аномаль­ным явлениям в сети переменного тока 220 В, чем аппара­тура с классическими понижающими трансформаторами. На­ибольшую опасность представляют удары молнии во время грозы, которые иногда случаются неожиданно, когда гроза ещё вроде бы где-то далеко, или когда она уже вроде бы как пол часа назад закончилась.

Для радиоаппаратуры опасны как прямые попадания мол­нии в трехфазную электросеть 0,4 кВ, так и попадания мол­нии в близкорасположенные объекты. Также для радиоаппа­ратуры опасны высоковольтные импульсы напряжения руко­творного характера, например, возникающие в моменты ком­мутации питания индуктивных нагрузок, подключенных к се­ти 220/380 В переменного тока: мощных электродвигателей, трансформаторов, мощных электромагнитов и т. п.

Чтобы повысить надёжность работы вашего домашнего оборудования, можно изготовить несложный сетевой фильтр, принципиальная схема которого показана на рис.1. Устрой­ство предназначено для подключения к нему телевизоров, радиоприёмников, усилителей, компьютеров, компьютерной оргтехники и других аналогичных потребителей тока сети 220 В / 50 Гц. Если в вашем домашнем электрохозяйстве уже имеются какие-нибудь защитные фильтры, то можно вклю­чить несколько таких устройств последовательно, что увели­чит степень защиты. Конструкция предназначена для подклю­чения к обычным сетевым электророзеткам и не предназна­чена для установки в распределительные электрощитки.

Рис. 1

Напряжение сети переменного тока 220 В подаётся на вилку ХР1, ток проходит через плавкий предохранитель FU1 и поступает на двухзвенный LC фильтр, состоящий из дву­хобмоточного дросселя L1, двух одинаковых дросселей L2, L3 и помехоподавляющих конденсаторов С1 — СЗ. Также в устройстве остановлены три звена подавления высоковольт­ных импульсных помех.

Первое звено выполнено на двух вакуумных разрядни­ках FV1, FV2 с напряжением срабатывания около 1000 В по­стоянного тока.

Второе звено защиты реализовано на дисковом варисторе RU1 с классификационным напряжением около 620 В.

Третье звено защиты реализовано на двух варисторах RU2, RU3 с классификационным напряжением 430 В. Эти же варисторы могут защитить подключенные к фильтру нагрузки в случае аварии в электросети, когда вместо напряжения 220 В в ваших розетках появится 380 В.

После та­кого инцидента RU2, RU3 ско­рее всего окажутся безнадёжно поврежденными с физическим разрушением кор­пуса, пожертвовав собою, на­пример, ради спасения вашего гигантского современного телевизора. Включенный в ди­агональ выпрямительного моста VD1 — VD4 светодиод HL1 светит при наличии напряжения питания, кроме того, цепь R1, R2, VD1 — VD4, HL1 разряжает конденсаторы С1 — СЗ после отключения фильтра от сетевой розетки.

Конструкция и детали

Вид на монтаж элементов показан на рис.2. Монтаж на­весной, силовые линии выполнены многожильным монтаж­ным проводом в ПВХ изоляции с сечением по меди 1 мм². Резисторы можно применить типа МЛТ, РПМ, С2-23, С2-33.

Рис. 2

Конденсатор С1 керамический типа К15-5 или аналог на рабочее напряжение постоянного тока не ниже 3 кВ ёмкос­тью 2200 пФ…0,01 мкФ. Конденсатор С2 типа К78-2 или ана­лог ёмкостью 0,033…0,1 мкФ на рабочее напряжение 1000 В постоянного тока. Конденсатор СЗ плёночный ёмкостью 0,1…0,22 мкФ на рабочее напряжение не ниже 250 В переменного тока или не ниже 630 В постоянного тока, вместо импортного подойдёт отечественный типа К73-17, К73-24.

Двухобмоточный дроссель L1 намотан на ферритовом стержне 600НН диаметром 8 мм и длиной 70 мм, каждая обмотка содержит по 12 витков самодельного литцендрата 10×0,27 мм из обмоточного провода. Литцендрат применён для удобства намотки. Ферритовый стержень перед уклад­кой обмоток обматывают несколькими слоями офисной бу­маги, которую затем пропитывают цапонлаком. Готовый дрос­сель пропитывают лаком ХВ-784 или аналогичным. Для дрос­селей L2, L3 используются броневые сердечники Б36 из низкочастотного феррита. Каждый дроссель содержит по 30 витков такого же провода, что и L1. Намотка на каркасах виток к витку, после каждого слоя обмотки прокладывают слой изоляции из лакоткани, слюды или тонкой бумаги. Об­мотки должны быть надёжно изолированы от ферритового сердечника, а сами сердечники должны быть изолированы от любых других токоведущих частей конструкции.

Вакуумные разрядники FV1, FV2 взяты с плат кинеско­па от импортных телевизоров или мониторов. Вместо двух таких разрядников можно установить один более мощный, например, фирмы Epcos на напряжение 800… 1200 В. Нель­зя соединять последовательно несколько низковольтных раз­рядников. При отсутствии подходящих разрядников на их место можно установить один дисковый варистор на класси­фикационное напряжение 910 В, например, FNR-20K911. Варистор MYG20-621 в этой конструкции можно заменить на FNR-20K621, FNR-20K681. Вместо варисторов MYG20-431 можно применить FNR-20K431, FNR-20K471.

Светодиод L-1503GD зелёного цвета свечения, диаметр линзы 5 мм, можно заменить АЛ307, КИПД40. Вместо дио­дов 1N4148 подойдут КД510, КД521, КД522, КД209. Диоды и резисторы установлены на монтажной плате со стороны со­единений. Светодиод установлен на передней панели устрой­ства. Держатель предохранителя ДВП-7, предназначен для плавких предохранителей с длиной корпуса 30 мм. Более рас­пространённые плавкие предохранители с длиной стеклянно­го или керамического корпуса 20 мм для работы в этом ус­тройстве непригодны. Держатель предохранителя установ­лен на передней панели устройства, на ней же размещена типовая сетевая розетка XS1 без внешнего защитного кор пуса. При токе подключенной нагрузки 10 А на всех эле­ментах конструкции, включая 2 м соединительного провода с вилкой ХР1, теряется около 4 Вт мощности, что немного.

Корпус для этого фильтра должен быть изготовлен из не­возгораемого материала. Автор применил готовую латунную коробку размерами 130x104x48x0,6 мм. В корпусе не должно быть вентиляционных отвер­стий. Монтажная плата устанавливается в этот корпус на ме­таллических втулках. В месте расположения монтажной пла­ты внутрь коробки вклеивают П-образный изолятор из плот­ного электрокартона, пропитанного цапонлаком. Для прикле­ивания можно применить лак ХВ-784. Безошибочно изготов­ленное устройство начинает работать сразу и не требует на­лаживания.

Эта конструкция представляет собой лишь дополнитель­ное звено защиты от аномальных напряжений и импульсных помех. Поэтому её наличие в цепи электропитания не отме­няет желательности наличия узлов защиты внутри конечных потребителей тока, например, в компьютерном БП, телефон­ной «зарядке», и во входном распределительном щитке. В то же время, в реальности, из-за экономии или разгильдяй­ства, часто отсутствует и первое, и второе, а тот хиленький варистор, что установлен в вашем красивом сетевом удли­нителе-разветвителе за 5… 10 USD, ничего кроме успокое­ния совести изготовителя не даёт.

Литература

1. Бутов А.Л. Сетевой фильтр для устройств с коллектор­ными электродвигателями. // Электрик. — 2008. — № 11-12. — С.93.
2. Бутов А.Л. Сетевой фильтр из картриджа фильтра для воды. // Электрик — 2012. — № 4. — С.78-79.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба Ярославской обл.
Источник:  журнал Электрик №10, 2015

Фильтр питания для автомагнитолы 301

△

▽

Артикул: 4063

Описание

Помехи при звучании музыки по радио могут быть связаны не только с антенной, но и с перебоями питания от бортовой сети. Побороть данную неисправность помогает сетевой фильтр питания для радио-аппаратуры. Ферритовые кольца и конденсатор позволяют справиться с помехами и перебоями напряжения.

Технические характеристики

• Напряжение питания: 10-18 В
• Максимальный ток: 15 А
• Рабочий диапазон t° С: -30°….+60°

Требования к установке

ПРИМЕЧАНИЕ: возможна модификация с другими цветами проводов: желтый (желтый), красный, черный.
При таком исполнении:
желтый провод (желтый) — ВХОД 12В
красный провод — ВЫХОД 12В
черный провод — общий, масса.

Характеристики

В связи с тем что во многих автомобилях не предусмотрено штатное место под штыревую антену либо не установленны штатные автомобильные антенны, все большую популярность завоевывают активнные автомобильные антенны, которые имеют небольшие габаритные размеры и устанавливаются внутри салона на лобовое стекло.

Активные автомобильные антенны ООО «НПП «ОРИОН СПБ» и SUPER позволяют принимать радиопередачи во всех диапазонах частот на любом расстоянии. Легко устанавливаются и подключаются в автомобиле.

Усы для антенн

В вашей машине установлена хорошая активная антенна, приемные полотна (усы) которой повреждены. Это может произойти по разным причинам: разбито лобовое стекло, либо зацепили и порвали при чистке лобового стекла, либо по другим причинам. Раньше приходилось выбрасывать дорогостоящую антенну и тратиться на покупку новой антенны. Сейчас все намного проще. Есть комплект запасных усов для автомобильных антенн.

Усы универсальны, они подходят для антенн различных производителей. Установка не требует особой квалификации и подробно описана в инструкции.

Антенные усилители

Применение данных усилителей позволяет увеличить дальность приема радиостанций в 2-3 раза. Усилители совместимы с любыми типами штыревых антенн.

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.

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:

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.

Входной фильтр. Низкочастотный выпрямитель.

Полезная информация для любителей делать своими руками и не только.

Входной фильтр.
Блок питания представляет собой серьезный источник помех компьютера для бытовой теле- и радиоаппаратуры. Причины помех:

1. переключательный режим полупроводниковых приборов;
2. наличие реактивных элементов, таких как индуктивность выводов элементов и емкость монтажа, которые приводят к возникновению паразитных автоколебаний.

Интенсивность помех существенно зависит от быстродействия транзисторов и диодов силовой части, а также длины выводов элементов и емкости монтажа. Наличие помех оказывает неблагоприятное воздействие и на работу самого блока питания, проявляющееся в ухудшении характеристик стабилизации источника. Это, в свою очередь, может приводить к нестабильной работе другого оборудования, подключенного к той же фазе первичной сети, что и импульсный источник. В связи с этим, абсолютно любой блок питания должен иметь в своем составе входные помехоподавляющие цепи, обеспечивающие его защиту от помех из первичной сети, а также защиту первичной сети от высокочастотных помех импульсного источника. Кроме того, эти цепи могут выполнять функции по защите от высоких напряжений и больших токов.
Переменный ток сети на первом этапе преобразования должен быть выпрямлен с помощью диодного моста. На этот диодный мост переменный ток подается через сетевой выключатель, сетевой предохранитель, терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) и помехоподавляющий фильтр. В подавляющем большинстве источников питания построение входных цепей одинаково, и такая типовая схема входных цепей приводится на рис.1.

  Рис. 1.      

D1-D4       
310В  

  Рис. 2.
Терморезистор с отрицательным ТКС служит для ограничения броска зарядного тока через конденсатор С5 в момент включения источника питания. При включении блока питания в начальный момент времени через диодный мост протекает максимальный зарядный ток конденсатора С5, и этим током может быть выведен из строя один (или более) диод выпрямителя. Так как в холодном состоянии сопротивление терморезистора составляет несколько Ом, ток через выпрямительные диоды моста ограничивается на безопасном для них уровне. Через некоторый промежуток времени в результате протекания через терморезистор зарядного тока С5 , он нагревается, его сопротивление уменьшается до долей Ома и больше не влияет на работу схемы.
Такое решение проблемы ограничения броска зарядного тока при помощи элемента с нелинейной вольт — амперной характеристикой используется достаточно часто, так как схема при этом получается наиболее простой и дешевой по сравнению с другими вариантами. Кроме того, она обеспечивает минимальные потери и высокую надежность, что и обуславливает ее применение практически во всех блоках питания. Ограничительный терморезистор, как и всякий нагреваемый элемент, обладает тепловой инерцией. Это означает, что для того, чтобы он восстановил свои ограничительные свойства, после выключения блока питания из сети должно пройти некоторое время (порядка нескольких минут), то есть он должен остыть. При этом следующее включение блока питания произойдет так же с ограничением броска зарядного тока. И это является дополнительным условием, из-за которого настоятельно рекомендуется выждать одну-две минуты перед следующим включением источника питания после его выключения, хотя на практике часто встречаются ситуации, при которых необходимо выключить источник питания и тут же снова включить его.
Терморезисторы довольно часто выходят из строя при пробоях силового транзистора, пробоях диодов выпрямителя. Неисправности терморезисторов довольно очевидны, так как они перегорают обычно с физическими нарушениями корпуса, т.е. корпус элемента разламывается и на нем видны следы копоти. При перегорании терморезистора специалист, производящий ремонт, может применить несколько вариантов решения проблемы:

1. Заменить терморезистора на аналогичный — это наиболее оптимальное решение.
2. Заменить терморезистор обычным резистором малого сопротивления (несколько Ом) и большой мощности (порядка 5 Вт) — в этом случае такой резистор будет осуществлять ограничение тока через выпрямитель в течение всей работы блока питания, однако будет выделять довольно большое количество тепла.
3. Заменить терморезистор несколькими витками нихромовой проволоки — такой элемент будет выполнять общее ограничение тока, а витки будут способствовать плавному нарастанию тока. Однако стоит отметить, что такое решение нельзя назвать оптимальным, и лучше воздержаться от его применения.

4)   Замена терморезистора перемычкой — такой способ ремонта не рекомендуется применять (а некоторые специалисты и категорически предупреждают от замены терморезистра перемычкой), однако в некоторых ситуациях это приходится делать. К тому же, если при ремонте пришлось заменить диоды выпрямителя и поставить более мощные (например, КД226), то, как показывает практика, зарядный ток для таких диодов не страшен и схема вполне работоспособна без терморезистора.
Следует отметить, что ограничительный терморезистор некоторые производители размещают между «-» диодного моста и общим проводом первичной части (рис.2).
В некоторых источниках питания терморезисторы не используются, а применяются ограничительные резисторы большой мощности (обычно белого цвета и имеющие форму параллепипеда). Эти резисторы имеют номинал сопротивления, равный несколько Ом и мощность 5-10 Вт. Как уже отмечалось ранее, такой резистор обеспечивает ограничение тока не только в момент включения, а постоянно при работе источника питания. Поэтому на резисторе рассеивается достаточно большая мощность, и он очень сильно нагревается.
Сетевой плавкий предохранитель FU1 предназначен для защиты питающей сети от перегрузок, которые возникают при неисправностях сетевого выпрямителя или силового транзистора. Конструктивное изменение положения предохранителя при ремонте нежелательно, так как это может приводить к появлению сетевых электромагнитных помех.
Входной помехоподавляющий фильтр обладает свойством двунаправленного помехоподавления, то есть предотвращает проникновение высокочастотных импульсных помех из сети в блок питания и, наоборот, из блока питания в сеть. Эти импульсные помехи могут иметь значительную амплитуду. Сетевые помехи имеют в основном промышленную основу и создаются аппаратурой дуговой и контактной сварки, силовой пускорегулирующей аппаратурой, приводными электродвигателями, медицинской аппаратурой и т.д. Генерируемые блоком питания помехи обусловлены, главным образом, импульсным режимом работы силового транзистора и выпрямительных диодов. Помехи, генерируемые и силовой сетью и блоком питания можно разделить на два типа: симметричные и несимметричные.
Симметричная (дифференциальная) помеха — напряжение между проводами питания. Эта помеха измеряется между двумя полюсами шин питания.
Несимметричная (синфазная) помеха — напряжение между каждым проводом и корпусом блока питания (рис.3).

Для анализа работы помехоподавляющего фильтра рассмотрим случай, когда симметричная помеха воздействует на схему блока питания.
ЭДС помехи приложена к входу источника питания между фазным и нулевым проводом со стороны сети. Конденсатор С1 представляет собой очень большое сопротивление для питающего тока сетевой частоты (50Гц), и поэтому этот ток через конденсатор С1 не ответвляется. Для импульсного высокочастотного тока помехи этот конденсатор, напротив, имеет очень малое сопротивление, и поэтому большая часть тока помехи замыкается через него.
Однако одного конденсатора С1 оказывается недостаточно для полного подавления помехи. Поэтому далее включается двухобмоточный дроссель Т1 (нейтрализующий трансформатор), обмотки I и II которого имеют одинаковое число витков и намотаны на одном сердечнике. Направление намотки обеих обмоток согласное. Из этого следует, что полезный ток сетевой частоты, протекающий по обмоткам I и II в противоположных направлениях, будет создавать в сердечнике Т1 два равных встречно-направленных магнитных потока, взаимно компенсирующих друг друга. Поэтому независимо от величины потребляемого от сети тока сердечник Т1 не будет намагничиваться, а значит, индуктивность обеих обмоток будет максимальна. Несмотря на это, из-за того, что питающий полезный ток имеет низкую сетевую частоту, обмотки Т1 не будут оказывать ему сколько-нибудь значительного сопротивления. Высокочастотный же ток помехи будет задерживаться этим дросселем. При этом, благодаря трансформаторному исполнению, индуктивность каждой из обмоток Т1 возрастает на величину взаимной индуктивности. Это объясняется тем, что магнитные потоки от высокочастотного тока помехи точно также взаимно компенсируются, как и токи сетевой частоты. Поэтому сердечник Т1 не намагничивается, а магнитная проницаемость его максимальна. Если бы вместо Т1 в каждый провод включался бы обычный дроссель, то протекающий ток намагничивал бы сердечники этих дросселей, в результате чего их магнитная проницаемость была бы меньше, даже при том же количестве витков.
Далее уже остаточная энергия помехи подавляется конденсатором С4, который замыкает через себя оставшуюся часть тока высокочастотной помехи, прошедшую через Т1.
Однако основное назначение конденсатора С4 иное. Диодный выпрямитель (D1-D4) также является генератором высокочастотных помех, что связано с импульсным характером тока через выпрямитель. Величина помех в основном зависит от свойств полупроводниковых диодов выпрямителя (крутизны вольтамперной характеристики, инерционности).
Процесс восстановления обратного сопротивления диодов при переключении не является мгновенным, и при смене полярности приложенного напряжения через диоды протекают импульсные обратные токи, обусловленные рассасыванием избыточных носителей. Эти импульсные токи и являются помехами, генерируемыми сетевым выпрямителем. Конденсатор С4, включенный в диагональ диодного моста, замыкает через себя токи этих импульсных помех, препятствуя их проникновению в питающую сеть и нагрузку блока питания.
Конденсаторы С2 и СЗ — обязательные элементы и предотвращают проникновение несимметричных импульсных помех в питающую сеть. Такие же конденсаторы могут устанавливаться и до дросселя, образуя таким образом симметричный фильтр (рис.4)
Для предотвращения проникновения несимметричных помех из силового преобразователя в нагрузку через общий провод вторичной стороны в некоторых блоках питания этот общий провод не имеет гальванической связи с корпусом блока питания, а подключен к нему через дополнительный фильтрующий конденсатор малой емкости. При таком включении большая часть тока импульсной помехи замыкается через этот конденсатор внутри схемы блока питания. На рис.5 таким конденсатором является С6 (4.7n/3kV).
Следует отметить, что для разрядки конденсаторов сетевого фильтра после выключения блока питания из сети на выходе сетевого фильтра может включаться высокоомный резистор R1 на рис.4. Включение такого резистора обусловлено требованиями техники безопасности при ремонте блока питания.

Сеть

Рис.5
В современной схемотехнике во многих блоках питания по сетевому входу включается также варистор или динистор. Варистор — это нелинейный элемент, сопротивление которого зависит от приложенного к нему напряжения. Поэтому, пока сетевое напряжение не выходит за пределы допустимого, сопротивление варистора велико (десятки мОм), и он не влияет на работу схемы. При перенапряжении в сети варистор резко уменьшает свое сопротивление, и возросшим током через него выжигается плавкий предохранитель. Остальные элементы блока питания при этом остаются целыми. Сам варистор при этом обычно выходит из строя, что очень легко заметить — он чернеет, на окружающих его элементах — копоть и обычно варистор раскалывается. Достаточно часто для защиты источника питания от работы при повышенных напряжениях сети используется зенеровский диод, обозначаемый на схемах ZNR. Принцип работы его практически не отличается, т.е. если к нему прикладывается напряжение выше уровня его пробивного напряжения, то он «пробивается» и также выжигает плавкий предохранитель.
Маркировка варистора или зенеровского диода является достаточно простой. На корпусе тремя цифрами указывается номинал пробивного напряжения. Например, число 301 соответствует пробивному напряжению 300В (30 х 101), число 271 — напряжению 270В (27 х101) и т.д.
В случае неисправного варистора или зенеровского диода установка нового предохранителя и повторное включение источника питания опять приводит к перегоранию предохранителя. Замену варистора или диода желательно производить на аналогичное изделие. Установка прибора с меньшим пробивным напряжением часто приводит его «пробою» при включении источника питания, т.к. именно в момент включения наблюдается большой скачок напряжения. Если установить прибор с большим значением пробивного напряжения, то в момент включения он не будет выходить из строя, однако и защищать источник питания он буде хуже. Возможен и такой способ решения проблемы, как полное удаление варистора (зенеровского диода) из схемы. Источник питания при этом будет запускаться без проблем, и предохранитель будет оставаться целым, однако, как, наверное, всем понятно, защита от повышенного напряжения сети будет отсутствовать. Такой способ решения проблемы стоит применять только в том случае, если вы уверены в хорошем качестве питающего напряжения и нет возможности найти аналогичную замену неисправному прибору.
Низкочастотный выпрямитель
Питание преобразователей осуществляется постоянным напряжением, которое вырабатывается низкочастотным выпрямителем (рис. 1.7). Мостовая схема выпрямления, выполненная на диодах D1…D4, обеспечивает надлежащее качество выпрямления сетевого напряжения. Последующее сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется фильтром на дросселе L1 и последовательно включенных конденсаторах C1, C2. Следует отметить, что дроссель L1 не является обязательным элементом выпрямителя фильтра. Резисторы R1, R2 создают цепь разряда конденсаторов C1, C2 после отключения блока питания от сети.
Возможность питания от сети 115В реализуется введением в схему выпрямителя переключателя выбора питающего напряжения. Замкнутое состояние переключателя соответствует низкому напряжению питающей сети (~115 В). В этом случае выпрямитель работает по схеме удвоения напряжения, а процесс зарядки будет происходить следующим образом. Пусть в некоторый момент времени на входе выпрямителя положительный полупериод сетевого напряжения. Это эквивалентно действию внешнего источника, на клемме 1 которого положительный полюс, а на клемме 2 — отрицательный. Заряд конденсатора С1 будет происходить по цепи:
+Uсети(клемма 1) → D2 → L1 → С1 → SW1 → NTCR1 → —Ucemи (клемма 2).
При смене полярности полупериода входного напряжения будет происходить заряд конденсатора С2 по цепи:
+Uсети(клемма 2) → NTCR1 → SW1 → С2 → D1 → —Uсети (клемма 1).
Выходное напряжение соответствует суммарному значению напряжения на конденсаторах C1, C2.
Одной из функций выпрямителя является ограничение тока зарядки входного конденсатора низкочастотного фильтра, выполненное элементами, входящими в состав выпрямительного устройства блока питания. Необходимость их применения вызвана тем, что режим запуска преобразователя близок к режиму короткого замыкания. Зарядный ток конденсатора при подключении его непосредственно к сети может быть значительным и достигать нескольких десятков-сотен ампер. Здесь существует две опасности, одна из которых — выход из строя диодов низкочастотного выпрямителя, вторая — износ электрических фольговых конденсаторов входного низкочастотного фильтра при протекании больших токов через обкладки.
Применение термисторов типа NTCR1 с отрицательным ТКС (рис. 1.7), включаемых последовательно в цепь заряда конденсатора, позволяет устранить нежелательные эффекты заряда входного конденсатора низкочастотного фильтра. Принцип ограничения тока основан на нелинейных характеристиках этих элементов. Термистор имеет некоторое сопротивление в «холодном» состоянии, после прохождения пика зарядного тока резистор разогревается и его сопротивление становится в 20…50 раз меньше. В номинальном режиме работы оно останется низким. Преимущества этой схемы ограничения очевидны: простота и надежность. В высококачественных источниках питания используются варисторы Z1, Z2. Их применение объясняется необходимостью защиты блока от превышения напряжения в питающей сети.

© 2019 Полушкин Артем. Все права защищены.

Сетевой фильтр – энциклопедия VashTehnik.ru

Сетевой фильтр – это устройство, предназначенное для подавления помех на границе питающей сети и оборудования. Различного рода возмущения легко искажают форму напряжения, в результате оно перестаёт соответствовать требованиям стандарта либо несёт опасность для потребителей. Указанный термин часто применяется в отношении удлинителей для компьютерной техники, попадая под определение.

Форма напряжения промышленной сети

Строжайшие требования предъявляются к частоте. Отклонение от нормы не превышает 0,2 Гц. Относительная величина составляет менее 1%. Прописаны в ГОСТ 54149 и требования к единичным скачкам напряжения. Нестабильность мешает правильной работе оборудования, способна привести к выходу из строя ряда приборов. Красочным примером считается электронный блок стиральной машины, стоимость которого такова, что часто ремонт техники становится нецелесообразен. Неудивительно, что на входе непременно стоит сетевой фильтр.

Классический тип фильтра

Ошибочно думать, что назначение указанного небольшого элемента исключительно в защите начинки оборудования. Сетевой фильтр предохраняет и сеть от выхода туда помех. Недаром в старых руководствах к электрическому инструменту настоятельно рекомендовалось всю цифровую технику в период работ из розеток выключать, пусть сетевой фильтр неизменно входит в состав любой дрели. Помехи от работы коллекторного двигателя настолько велики, что возникает смысл лишний раз перестраховаться.

В простейшем случае фликер (мерцание) осветительных приборов приводит к расстройствам нервной системы. Для цифровой электроники резкие выбросы представляют опасность. Сетевой фильтр представляет устройство для подавления всех частот, кроме 50 Гц. Единственное устройство не в силах справиться с масштабным спектром неприятностей.

Частотная характеристика сетевого фильтра

Рассмотрим, каким образом сетевой фильтр выполняет собственные обязанности. Для построения устройств применяются реактивные элементы:

1. Ёмкости (конденсаторы).
2. Индуктивности.

Указанные составляющие характеризуются избирательностью по частоте. Индуктивности становятся фильтрами нижних частот, а ёмкости – верхних. В первом случае на выход проходят медленные изменения напряжения, во втором быстрые. Кажется, хватит поставить на входе в технику дроссель, чтобы избавиться от неприятностей, но дело обстоит сложнее. Характеристика получится слишком пологой, и масса вредных сигналов пройдет сквозь схему.

На практике сетевой фильтр строится на основе резонансных контуров, выборочно пропускающих частоты 50 – 60 Гц и подавляющих лежащие выше и ниже указанного диапазона. Это позволяет максимально оградить технику от нежелательного воздействия. Каждый резонансный контур включает одновременно индуктивность и ёмкость. Комбинация свойств придаёт специфическое качество: на резонансной частоте система показывает нулевое сопротивление. Поэтому требования стандартов настолько жёсткие (отклонение менее 1%).

Смысл амплитудно-частотной характеристики – продемонстрировать, какая часть спектра сигнала пройдет на выход. Профессионалы по графику сразу скажут, что получится в итоге. Чем выше кривая поднимается над горизонтальной осью, тем лучше соответствующие частоты проходят на выход. АЧХ сетевого фильтра представляет равносторонний колокол с макушкой, расположенной в районе 50 Гц.

Амплитудно-частотная характеристика объясняет существующее на рынке разнообразие принципиальных схем сетевых фильтров. В каждом случае пытаются минимальными затратами достигнуть требуемого результата. Для объяснения затруднений посмотрим, как работает, к примеру, импульсный блок питания.

Высшие гармоники в цифровой технике, их фильтрация

В персональных компьютерах используются импульсные блоки питания, как и в большинстве приборов. Суть действия приспособлений сводится к выпрямлению входного тока и дальнейшей нарезке его пачками высокочастотных импульсов. Такой сигнал обнаруживает сложный спектр, часть его проходит на вход устройства (вилку).

По определению сетевая частота 50 Гц состоит из единственной гармоники. На графике это просто вертикальная линия с амплитудой 311 В. Значение получается, если квадратный корень из двух умножить на 220 В (действующее значение напряжения в сети). В действительности искажения приводят к спектру сложной формы. Сетевой фильтр по определению должен пропускать исключительно полезный сигнал. Это единственная линия на графике частотой 50 Гц.

Фильтр с европейскими разъёмами

Подобный сетевой фильтр сегодня построить невозможно, характеристика прибора представляется с вертикальными склонами и крайне узкой полосой. Уже говорили, что в каждом случае, выбирая принципиальную схему, конструктор пытается минимальными затратами решить задачу. В развитых странах известно, что при обилии в доле потребителей нелинейной нагрузки (более 15%), к которой относятся компьютерные системные блоки, возникает ряд ситуаций:

1. Перегрев и разрушение нулевых проводников. В теории по закону Кирхгофа ток в последовательной одинаков, на практике иначе. Реактивные элементы запасают мощность, и в конкретный момент времени отдают её неравномерно. За счёт этого пики мощности в нулевых проводах превышают фазные в 1,5 и более раз. В результате страдает изоляция, жила способна сгореть. Читатели уже догадались, зачем требуются компьютерные сетевые фильтры, называемые в народе крысами.
2. Даже зануление корпуса системного блока не всегда устраняет проблематику кусающегося компьютера. Порой человек не знает, что нельзя одновременно касаться железного помощника и заземлённых предметов. Возможно получить удар током. Сетевой фильтр блока питания устроен так, что гармоники направляет на корпус. Потому техника непременно включается в правильно оборудованную розетку. Нередко в домах система снабжения электричеством TN-C-S либо TN-C. В этом случае проход гармоник в сеть вызовет неприятный эффект (но уже не столь болезненный, как при отсутствующем занулении).
3. Установлено, что импульсный блок питания вызывает уплощение вершин питающей синусоиды и для остальных потребителей. Если брать компьютерную технику, это приводит к ряду негативных эффектов.

Сетевые фильтры имеют кнопку выкл.-вкл.

1. Во-первых, за счёт снижения амплитуды напряжения повышается выделение тепла в активных сопротивлениях. Это прямо вытекает из закона Джоуля-Ленца, утверждающего, что эффект зависит от квадрата тока. А ток, понятное дело, увеличивается при падении напряжения, импульсный блок питания следит, чтобы мощность (произведение тока на напряжение) оставалась прежней.
2. Во-вторых, снижается устойчивость к провалам напряжения. Импульсный блок питания продолжает работать и после исчезновения фазы. Проще заметить на примере колонок, которые ещё полсекунды продолжают воспроизведение, будучи отключены от розетки. Эффект обусловлен запасённой во входных конденсаторах энергией, зависящей от амплитуды напряжения (уплощённые вершины пониже).

Известны прочие негативные последствия. К примеру, гармоники повышенной частоты отрицательно влияют на работы трансформаторов за счёт поверхностных токов и эффекта близости. Тесла установил, что электрические колебания частотой выше 700 Гц не приносят вреда человеку. Объяснение – ток высокой частоты течёт лишь по поверхности, нарушая передачу магнитного поля в трансформаторе. Эффект близости проявляется в возникновении наводок в проводке за счёт переизлучения энергии.

Все описанное требует использования сетевых и промежуточных фильтров. В электронике между каскадами включают как минимум разделительные конденсаторы для развязки по постоянному току. Для профессионалов сетевые фильтры считаются лишь примером в комплексе средств борьбы с гармониками. Из-за пологости амплитудно-частотных характеристик отдельные спектральные составляющие свободно проходят, хотя ослабляются.

Использование фильтра

К примеру, использование внешних сетевых фильтров для компьютеров (крыс) считается стандартом де-факто и призвано защитить не столько офисную технику, сколько провода и прочих потребителей. Аналогичное скажем про электрический инструмент, стиральные машины. Коллекторные двигатели сильно искрят, сетевые фильтры защищают собственно сеть от выхода туда лишних помех.

Конструкция фильтров

Рассказывали про бытовой инструмент, известно, что там нет, как правило, индуктивностей, а выше говорили, что фильтры строятся на основе резонансных контуров, где элементы обязаны присутствовать. Но ёмкость здесь выполняет роль барьера плюс компенсатора. Двигатель любого типа обнаруживает резко выраженное индуктивное сопротивление за счёт обмоток. В результате возникает уход части мощности в реактивную.

Важно знать, что конденсатор подобные негативные эффекты компенсирует. Одновременно становится частью фильтра, второй составляющей которого служит обмотка двигателя. В прочей технике присутствует в определённом виде резонансный контур. Если посмотреть на принципиальные схемы, легко заметить, что для правильной работы требуется правильное заземление: в импортной технике защищается и фазный, и нулевой проводник.

По возможности нужно использовать систему NT-S, которая в СССР не применялась. Тогда контур заземления не касается нулевого проводника. Так обеспечивается истинная защита питающей сети от эксцессов. Непонимание, нежелание решать задачу правильно приводит к негативным эффектам.

Конструкция сетевых фильтров

Сетевые фильтры стиральных машин единственные, где элемент вынесен в отдельный блок. Это требуется, чтобы подготовить напряжения для потребления электроникой, защитить внешних потребителей от результатов работы коллекторного двигателя. Присмотритесь: для холодильников аксессуары не продаются. Двигатель здесь асинхронный, не искрит и не вызывает неприятностей. Однако не запрещено купить внешний фильтр и подключать технику через него.

Для стиральных машин комплектующие выпускаются в герметичном корпусе, где указана минимально необходимая информация:

• Наименование изделия, по коду легко пробить нужную запасную часть в магазине.
• Принципиальная электрическая схема помогает найти аналог, что увеличивает ремонтопригодность техники, даёт понятие, куда и что подключается (особенно важно, когда находят не оригинальную деталь).

Сетевой фильтр доступен для самостоятельной сборки. Дали понятие, насколько сложно собрать элемент правильно, и насколько массивная информация учитывается в процессе конструирования.

Варианты схем сетевого фильтра

3 481

Сетевые фильтра предназначены для защиты цепей электропитания компьютеров, периферии и другой электронной аппаратуры от:

• импульсных перенапряжений и выбросов тока, возникающих в результате коммутации и работы промышленного оборудования;
• высокочастотных помех, распространяющихся по сетям электропитания;
• импульсных перенапряжений, возникающих в результате грозовых разрядов.

Первая принципиальная схема простого сетевого фильтра, который поможет защитить от помех радиоэлектронную аппаратуру с питанием от сети переменного тока.

Фильтр состоит из двух конденсаторов и дросселя. Схема очень простая, но тем не менее ее работоспособность во многом зависит от правильности изготовления дросселя 1-2-3-4.

1.Схема простейшего сетевого фильтра для защиты от помех.

Ферритовые кольца для изготовления дросселя.

Обмотки 1-2, 3-4 дросселя содержат по 15 витков провода МГТФ (провод во фторопластовой изоляции). Можно применить и обычный эмалированный провод диаметром 0,25 — 0,35мм.

Намотка дросселя для сетевого фильтра.

Берем ферритовое кольцо кольцо с диаметром примерно 20 мм, мотаем на него две обмотки в разные стороны и в разном направлении до встречи на другой половине кольца. Принцип намотки показан на рисунке выше. Таким образом обмотки получаются намотаны в разную сторону и каждая на своей половинке ферритового кольца.

Конденсаторы в схеме должны быть рассчитаны на напряжение 400В и больше.

Более удачная схема сетевого фильтра представлена на рисунке 2, здесь предполагается что вместе с питанием 220В у нас есть еще провод заземления. Также присутствует включатель S1 и предохранитель F1, которые служат для включения-отключения питания и защиты от перегрузки по току в нагрузке.

2. Схема более совершенного самодельного сетевого фильтра.

Дроссель изготавливаем по такому же принципу, как и для схемы на рисунке 1. Диаметр провода для дросселя, а также ток для предохранителя и мощность переключателя нужно выбрать исходя из потребляемой мощности в нагрузке.

Изготовив простой фильтр на основе дросселя и конденсаторов можно значительно снизить количество помех.Если же нужна более хорошая фильтрация то придется обратиться к более сложным схемам фильтров с несколькими звеньями фильтрации.

Сетевой фильтр Pilot L.

Вариант 3:

Вариант 4:

Технические данные:
Номинальное напряжение/частота………………………220 В/50-60 Гц
Суммарная мощность нагрузки…………………………2,2 кВт
Номинальный ток нагрузки……………………………10А
Ослабление импульсных помех
Импульсы 4 кВ, 5/50 нс……………………………..не менее 10 раз
Импульсы 4 кВ, 1/50 мкс…………………………….не менее 4 раз
Ток помехи, выдерживаемый ограничителем………………не менее 2.5 кА
Макс. поглощаемая энергия…………………………..80 Дж
Уровень ограничения напряжения при токе помехи 100 А…..700 В
Ослабление высокочастотных помех
0,1 МГц…………………………………………..5 дБ
1 МГц…………………………………………….10 дБ
10 МГц …………………………………………..30 дБ
Потребляемая мощность(не более)……………………..2 ВА.

Вариант 5:

Сетевой фильтр Pilot Pro:

Технические данные:
Номинальное напряжение/частота………………………220 В/50-60 Гц
Суммарная мощность нагрузки…………………………2,2 кВт
Номинальный ток нагрузки……………………………10А
Ослабление импульсных помех
Импульсы 4 кВ, 5/50 нс……………………………..не менее 30 раз
Импульсы 4 кВ, 1/50 мкс…………………………….не менее 6 раз
Ток помехи, выдерживаемый ограничителем………………не менее 8 кА
Макс. поглощаемая энергия…………………………..300 Дж
Уровень ограничения напряжения при токе помехи 100 А…..600 В
Ослабление высокочастотных помех
0,1 МГц…………………………………………..20 дБ
1 МГц…………………………………………….40 дБ
10 МГц …………………………………………..20 дБ
Потребляемая мощность(не более)……………………..15 ВА.

Вариант 6:

Сетевой фильтр APC E25-GR:

Основное отличие фильтра: вместо конденсатора [1мкФ 250В] установлен
конденсатор [0,33мкФ 275В].
В качестве сердечника у катушек вместо воздуха используется
ферритовый стержень, у каждой катушки свой.
Оси катушек взаиморасположены под углом 90 градусов.
Уменьшение емкости — в 3 (три !) раза меньше потребляемая мощность в
сравнении с Pilot Pro.

Ещё добавили схему детектора защитного заземления.
(IMHO не нужна, поэтому рисовать не стал)
В последних схемах Pilot Pro присутствует.
И ещё материалы/сборка на порядок лучше. Каждая деталь радует глаз.

Технические данные:
Номинальное напряжение/частота………………………220-240V ,50-60 Гц
Суммарная мощность нагрузки…………………………2,2 кВт
Номинальный ток нагрузки……………………………10А
Пропускаемое напряжение
(режим “фаза – ноль” при напряжении 6 кВ – категория А, тест кольцевой волны)…………….<15%
Ток помехи, выдерживаемый ограничителем………………не менее 40кА
Макс. поглощаемая энергия ( один 10х 100мкс импульс)……1400Дж
Уровень ограничения напряжения при токе помехи 100 А…..600 В
Фильтрация радиочастотных и электромагнитных помех
(режим “фаза – ноль”, 100 кГц-10 МГц)………………..20-70 дБ
Потребляемая мощность (не более)……………………..6 ВА.

3 способа снижения шума источника питания

>> Ресурсы веб-сайта
.. >> Библиотека: TechXchange
.. .. >> TechXchange: EMI / EMC / Noise

Шум — постоянная проблема при проектировании источников питания. Хотя существуют ограничения FCC на электромагнитные помехи (EMI), излучаемые в воздух, а также на кондуктивный шум, который ваша конструкция вводит обратно на свой вход, ваша первая проблема с шумом — это достаточно низкий уровень шума на ваших выходах.

Некоторые инженеры различают пульсации на выходе и шум на выходе. Оба явления представляют собой нежелательный сигнал, наложенный на чистый идеальный выходной сигнал постоянного тока (рис. 1) . Источником пульсаций является периодическая входная частота, а также частота переключения управляющей микросхемы. Источник переменного / постоянного тока будет иметь входную частоту 50, 60 или, возможно, 400 Гц. Независимо от того, насколько хороша коммутационная микросхема, которую вы используете, небольшая часть этой частоты будет просачиваться через схему переключения.

1.В самом общем смысле шум источника питания представляет собой комбинацию нежелательных периодических пульсаций и всплесков в сочетании со случайным шумом от устройств или внешних источников. (Предоставлено Element14 / Newark)

Величина пульсации, относящейся к входу, будет регулироваться линейными правилами вашего проекта. Это похоже на концепцию коэффициента отклонения источника питания (PSRR) — какую часть входного сигнала линейный регулятор пропускает на выход. Это не только функция микросхемы управления, но и работа всей схемы.

PSRR 60 дБ означает, что любое отклонение на входе будет ослаблено на 1000 на выходе. Первичный способ улучшить регулирование линии — увеличить коэффициент усиления цепи управления. Чем выше коэффициент усиления контура управления, тем меньше ошибка на выходе; входная пульсация — это просто еще одна ошибка, с которой должен справиться цикл. Вы также можете использовать входные конденсаторы большего размера, которые уменьшат пульсации на входной шине постоянного тока, поэтому PSRR контура управления будет применяться к меньшему отклонению.

Поверх любой собственной пульсации на выходе будет случайный шум, генерируемый опорным напряжением управляющей микросхемы и всеми другими источниками теплового, дробового и фликкер-шума. Есть три распространенных способа справиться с этим шумом, которые также часто помогают с рябью:

Фильтрация

Вы можете использовать фильтр для удаления шума из источника питания так же, как вы используете фильтры для удаления шума из сигнала. В самом деле, вы можете рассматривать выходные конденсаторы как часть фильтра, которая реагирует на выходное сопротивление цепи источника питания.Увеличение значения выходной емкости снизит шум.

Имейте в виду, что конденсаторы имеют как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), так и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL) (рис. 2) . Выбор конденсаторов с более низким ESR и ESL снизит шум, но будьте осторожны, некоторые схемы питания используют ESR для подачи сигнала ошибки для обратной связи. Если вы его радикально уменьшите, например, заменив электролитические конденсаторы на керамические, вы можете сделать ваш блок питания нестабильным.

2. Конденсаторы содержат много паразитных элементов, как показано на этой эквивалентной схеме Spice.Lser и Rser на этой схеме представляют эквивалентную последовательную индуктивность (ESL) и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Элементы Cpar, Rpar и RLshunt обычно незначительны в большинстве схемотехнических приложений. (Любезно предоставлено LTWiki.org)

В дополнение к естественной выходной емкости источника питания вы можете добавить индуктивность и еще один конденсатор фильтра для дальнейшего снижения выходного шума. (Рис. 3) . Катушка индуктивности пропускает постоянный ток с незначительными потерями, обеспечивая при этом высокочастотный импеданс, на который конденсатор может реагировать, чтобы отфильтровать шум.По сути, вы увеличиваете выходное сопротивление высокочастотного источника питания, чтобы его можно было более эффективно фильтровать с помощью конденсаторов меньшего размера.

3. Чтобы снизить уровень шума шины питания от нагрузки (R _L ), вы можете сделать L-C фильтр нижних частот. (Любезно предоставлено Викимедиа)

Проблема с добавлением LC-контуров заключается в том, что они имеют собственную резонансную частоту. Таким образом, это может сделать вашу подачу нестабильной или вызвать неприемлемый сигнал после переходных изменений нагрузки. Если источник питания обеспечивает низкие токи, вы можете использовать резистор вместо катушки индуктивности.Это создаст термин потерь постоянного тока, но резистор также добавляет демпфирование к вашему выходному фильтру.

Одним из фильтров, используемых для переключения пиков и других высокочастотных выходных шумов, являются ферритовые шарики. Магнитная связь с выходной дорожкой или проводом и валиком ослабит шум. Другим источником выходного шума может быть электромагнитная связь с внешним миром. Здесь используется экранирование для защиты цепи питания от внешних воздействий.

Также обратите внимание, что дорожки на вашей печатной плате имеют индуктивность, и вам может потребоваться адаптировать ее с помощью плоскостей питания и ширины дорожек.Использование витой пары — хороший способ снизить индуктивность, чтобы предотвратить звон и выбросы. Добавление любого фильтра может увеличить время запуска и переходный отклик вашей системы. Если вы отключаете и выключаете питание, чтобы выполнить измерение, а затем выключаете, вам придется пожертвовать эффективностью фильтрации с требованием времени запуска.

Возможно, менее очевидно, но вы также можете уменьшить шум за счет правильного обхода управляющих микросхем в вашей конструкции источника питания.Обход микросхем, которые питаются от источника питания, не уменьшит шум на источнике, но он будет уменьшен на выводах питания микросхем. Когда вы обходите микросхемы в цепи питания, используйте обычные рекомендации по размещению конденсатора рядом с выводами питания и используйте керамические конденсаторы, предпочтительно для поверхностного монтажа, которые имеют низкие значения ESR и ESL. Обратите внимание, что физический размер конденсатора будет определять его эффективность в такой же степени, как и его значение (рис. 4) .

4. Как и следовало ожидать, на низких частотах импеданс конденсатора на 270 мкФ ниже, чем у версии на 10 мкФ. На частоте 1 МГц конденсатор на 10 мкФ имеет более низкий импеданс из-за собственного резонанса из-за паразитной индуктивности. Вам нужно посмотреть на кривые импеданса конденсаторов различных размеров, чтобы убедиться, что вы получаете наименьшее сопротивление на частотах, которые вы пытаетесь фильтровать.(Предоставлено Johanson Dielectrics)

Пострегулирование

Хороший, но дорогой способ уменьшить шум блока питания — это установить второй малошумящий стабилизатор на выходе блока питания. Это часто связано с линейным регулятором с малым падением напряжения (LDO). Это уменьшит любую пульсацию на выходе на порядок или больше. Еще лучше, вы можете добавить RC или LC фильтр после LDO, чтобы еще больше уменьшить шум. Шум линейного регулятора часто выражается как среднеквадратичное значение в одном или нескольких диапазонах частот.Если вам нужен очень точный источник питания с малым дрейфом, вы можете использовать эталонную микросхему вместо стабилизатора LDO.

Следует помнить о частотных диапазонах, в которых наблюдается шум. Усилители также имеют подавление подачи питания, и это подавление значительно уменьшается на высоких частотах. К сожалению, PSRR линейных регуляторов также значительно ухудшается на высоких частотах (рис. 5) .

5. Регулятор LDO имеет намного лучший коэффициент подавления напряжения питания (PSRR) на низких частотах. Эталонный PSRR доминирует на низких частотах, тогда как усиление внутреннего контура обеспечивает PSRR на средних частотах. На высоких частотах выходные конденсаторы доминируют над PSRR, и кривая подобна кривой, показанной на рисунке 4.(Любезно предоставлено Analog Devices)

Однако такой высокочастотный шум намного легче удалить с помощью LC- или RC-фильтрации, так что еще не все потеряно. Целостный подход состоит в том, чтобы удалить шум на входе коммутатора, а затем обойти его и убедиться, что ваша переключающая микросхема имеет низкий уровень шума. После этого выберите малошумящий линейный стабилизатор LDO, чтобы вы могли добавить выходной фильтр. Вам следует проверить PSRR микросхем, которые вы запитываете, и пересечь его с PSRR линейного регулятора, чтобы удалить как можно больше шума в полосе частот вашей схемы.Затем спроектируйте фильтр, чтобы удалить достаточно высокочастотного шума для достижения ваших целей по шуму на пути прохождения сигнала.

Бонус

Фильтрация, байпас и пострегулирование — три основных способа снижения шума источника питания, но есть и менее используемые методы. Один из них — использовать батарею для питания вашей схемы. Батареи являются источником питания с очень низким уровнем шума по сравнению с импульсными или даже линейными преобразователями.

Еще одна хитрость доступна, если вам нужны нечастые измерения.Вы можете на мгновение отключить импульсный стабилизатор и использовать большие задерживающие конденсаторы для питания вашей схемы во время измерения. Последний трюк — синхронизировать переключатель-регулятор с получением измерения, чтобы оно происходило в одной и той же точке пульсации и другого периодического шума источника питания. Это похоже на синхронизацию нескольких импульсных источников питания. В этом случае вы пытаетесь устранить любую частоту биений, созданную разными частотами переключения.

Независимо от того, страдает ли вас пульсация, шум или частота биений, эти методы позволят вам снизить уровень шума вашей энергосистемы до уровня, достаточно низкого для ваших нужд.Когда вы дойдете до 18- и 24-битных измерений и цифро-аналогового преобразования (ЦАП), получение как можно более чистых шин питания имеет важное значение для получения доступной производительности используемых вами микросхем.

>> Ресурсы веб-сайта
.. >> Библиотека: TechXchange
.. .. >> TechXchange: EMI / EMC / Noise

Использование вариака для включения старого радио или усилителя

Лучше всего контролировать переменный ток, потребляемый устройством при включении, что указывает на «исправность» радиоприемника или усилителя.Самый простой метод — это «накладные» измерители переменного тока. Обычно потребляемый переменный ток должен составлять от 50 до 75% номинала предохранителя в радиоприемнике или усилителе.

Медленно поднимайте вариакоз в течение нескольких минут, пока не достигнете напряжения около 50 вольт. Это приведет к предварительному нагреву волокон трубки и начнется преобразование электролитических конденсаторов. Следите за текущим значением и ищите дым или любые неисправности. Variac следует оставить работать на этом уровне напряжения примерно на 30 минут.

Затем медленно доведите вариак до 75 В. Это позволит обмоткам силового трансформатора в комплекте с трансформатором немного нагреться, вытеснив накопившуюся влагу, и продолжит восстановление электролитических конденсаторов. Оставьте вариак при таком напряжении еще минимум на 30 минут.

Подождав 30 минут, увеличьте напряжение примерно до 90 вольт. На этом этапе радио или усилитель должны работать. Если агрегат начинает гудеть, потребуется заменить электролитические конденсаторы.Вам, вероятно, следует подумать о замене конденсаторов на старом оборудовании, даже если оно не гудит. Старые колпачки фильтров рано или поздно выйдут из строя, так что вы можете сэкономить время и сэкономить время.

Примерно через 10–15 минут вы можете увеличить выходное напряжение переменного тока до полного напряжения и убедиться, что все работает правильно. Если вы заметили резкое усиление силы тока или увидите или почувствуете запах дыма, немедленно выключите все.

Variac — отличный инструмент для безопасного включения старого радио или усилителя, который не использовался в течение длительного периода времени.Использование этого недорогого оборудования может сэкономить ваше время и деньги, а также позволит вам вернуть к жизни это старое оборудование с очень небольшими усилиями.

Магазинные предохранители

Магазин Вариак

Магазинные конденсаторы

Основы работы с фильтром электромагнитных помех | Astrodyne TDI

Электронные устройства играют жизненно важную роль почти во всех отраслях промышленности, от больниц до промышленного производства и вооруженных сил. Определенные устройства полагаются на бесперебойное и надежное электричество для правильной работы.Однако по мере того, как на рынок выходит все больше и больше электронных устройств, они создают электромагнитные помехи, которые могут вызвать сбои в работе этих устройств, поломку или выход из строя. Чтобы защитить электронные устройства и системы от повреждений, фильтры EMI блокируют нежелательные выводы и обеспечивают постоянный поток энергии. Здесь мы подробно рассмотрим основы EMI, применения фильтров EMI и последствия EMI в различных секторах.

Что такое EMI?

Электромагнитные помехи (EMI) возникают, когда нежелательные электрические токи прерывают заданные токи, которые должно принимать электронное устройство.Эти разрушающие токи — часто называемые «шумом» или «электромагнитным шумом» — могут исходить от внешнего источника или создаваться другими компонентами внутри устройства.

Когда возникают электромагнитные помехи, они нарушают работу устройства и могут вызвать непреднамеренные операции. В зависимости от серьезности сбоя, электромагнитные помехи могут повлиять на качество сигнала, получаемого устройством, вызвать выход из строя или неисправность компонента, временное или необратимое повреждение электронного устройства.

Существует два основных типа электромагнитных помех — наведенные электромагнитные помехи и излучаемые электромагнитные помехи.Наведенные электромагнитные помехи проходят через проводники, такие как провода или линии электропередач, в то время как излучаемые электромагнитные помехи проходят через воздух и не требуют проводника. Как наведенные, так и излучаемые электромагнитные помехи могут повлиять на работу электронных устройств из-за ухудшения, ухудшения характеристик, сбоев в работе или отказа системы.

В чем разница между EMI и RFI?

Вы можете услышать, что люди используют EMI и RFI как синонимы, когда говорят об электромагнитных помехах. Однако EMI и RFI не идентичны.

Что такое RFI? Термин, который является аббревиатурой от радиочастотных помех, относится к шуму, который попадает в радиочастотный спектр в пределах электромагнитного частотного спектра. Между тем, EMI относится к любой частоте электромагнитного шума. Другими словами, RFI является подмножеством EMI и включает только электромагнитные токи с частотой от 3 килогерц до 300 гигагерц. Как и EMI, RFI могут проводиться или излучаться и могут вызывать множество проблем с электронными устройствами.

Что такое ЭМС?

Еще один часто используемый термин при обсуждении электромагнитных помех — это электромагнитная совместимость или ЭМС. Электромагнитная совместимость описывает, как устройство работает или работает в среде электромагнитного шума. Электромагнитная совместимость включает два фактора: устойчивость устройства к шуму, также известную как «помехозащищенность», и количество шума, которое оно производит. Устройства должны иметь возможность правильно и безопасно работать в среде с определенным уровнем электромагнитного шума и не должны создавать электромагнитные помехи с такими уровнями или частотами, которые нарушают работу других устройств.

В США Федеральная комиссия по связи регулирует электромагнитные помехи в соответствии с разделом 47, часть 15, который касается помехоустойчивости и шумового излучения устройств в различных отраслях промышленности. На международном уровне Международный специальный комитет по радиопомехам регулирует кондуктивные и излучаемые электромагнитные помехи в промышленном, коммерческом, жилом и автомобильном секторах. Электромагнитная совместимость также регулируется различными европейскими стандартами, включая EN55011, который касается промышленного оборудования, и EN55022, который касается ИТ-оборудования.

Откуда взялись EMI?

EMI возникает как от электрических устройств, созданных человеком, так и от естественных причин. Искусственные электромагнитные помехи чаще всего возникают в результате работы электроники или электрических цепей, но также могут возникать в результате переключения систем или изменений больших токов. Искусственные причины электромагнитных помех охватывают как жилой, так и промышленный секторы, а некоторые устройства также могут создавать помехи между внутренними компонентами.

1. Естественные причины EMI

Естественные электромагнитные помехи могут происходить из различных источников, в том числе:

• Удары молнии
• Солнечные вспышки
• Космический шум
• Статическое электричество
• Атмосферные электрические бури
• Солнечные магнитные бури
• Пыльные бури
• Метели
• Солнце

Естественные электромагнитные помехи могут возникать внезапно и оказывать серьезное воздействие на недостаточно защищенные электрические устройства.Более существенные естественные электромагнитные помехи, такие как солнечные вспышки или электрические бури, могут повлиять на военное оборудование или транспортные технологии. Солнце может вызвать сбои спутниковой передачи, если оно появляется непосредственно за спутником, а электромагнитный шум маскирует передачу со спутника. В меньшем масштабе естественные электромагнитные помехи, такие как метели, могут вызывать радиостатические помехи или нарушать сигналы сотовых телефонов.

2. Искусственное жилое строительство — причина EMI

Причины электромагнитных помех в жилых помещениях часто исходят от устройств, которые работают с использованием беспроводного сигнала, но также исходят от множества других электронных устройств.Хотя электромагнитные помехи от бытовых устройств часто не вызывают серьезных или необратимых повреждений, они все же могут вызывать раздражающие сбои в работе других устройств в доме и приводить к плохой работе электроники.

Вот несколько распространенных причин электромагнитных помех в жилых помещениях:

• Сотовые телефоны
• Ноутбуки
• устройств Wi-Fi
• устройств Bluetooth
• Радионяня
• Микроволны
• Тостерные печи
• Одеяла электрические
• Электрогрелки
• Обогреватели
• Лампы

Поскольку все больше и больше электронных устройств разрабатывается и используется, влияние бытовых источников электромагнитных помех продолжает расти.Чем больше людей используют электронные устройства, такие как сотовые телефоны и компьютеры, тем выше плотность электромагнитных токов в окружающей среде. Поскольку люди постоянно используют больше устройств и находятся в непосредственной близости, эти устройства с большей вероятностью вызовут электромагнитные помехи и станут их жертвами.

Повышенная производительность электронных устройств также увеличивает электромагнитные помехи, которые они могут вызывать. Поскольку к электронике предъявляются все более строгие требования к характеристикам, эти устройства работают на более высоких частотах и ​​производят электромагнитный шум в более широком частотном диапазоне, чем раньше.Фильтры электромагнитных помех, предназначенные для блокировки электромагнитного шума на определенной частоте, могут не защищать от более высоких частот, создаваемых новыми устройствами.

3. Антропогенные промышленные причины EMI

Промышленные причины электромагнитных помех часто имеют более крупный масштаб и могут вызывать серьезные помехи в основных технологиях. Существует несколько различных промышленных источников электромагнитных помех, которые производят окружающую электромагнитную энергию с широко распространенным воздействием. Промышленные электромагнитные помехи могут вызвать сбои в работе больниц, военных операций и даже местной электросети.Вот несколько распространенных источников EMI в промышленном секторе.

• Электродвигатели и генераторы: Электродвигатели и генераторы могут производить большое количество высокочастотных шумов и иногда работают в непрерывном цикле для бесперебойной подачи электроэнергии на фабрики и производственные предприятия.
• Сотовые сети и телефонная связь: Как проводная, так и беспроводная связь создают электромагнитные помехи. Поскольку сотовая сеть продолжает расти и все больше потребителей используют сотовые телефоны, шум от сотовых сетей становится все более серьезной угрозой для другой электроники и устройств.
• Телевизионные передачи: Как и сотовые передачи, телевизионные передачи также могут вызывать электромагнитные помехи для жилых и промышленных устройств.
• Радио и спутник: Радиоволны и спутниковые волны, передаваемые по всей стране, могут создавать помехи для сотовых сетей или чувствительного оборудования.
• Электросеть: Линии передачи в электрической сети часто имеют высокое напряжение и низкие частоты, что может нарушить работу некоторых электронных компонентов.Сбои в электроснабжении сети — такие как скачки напряжения, провалы или скачки напряжения, отключения электроэнергии и отключения электроэнергии — также могут привести к электромагнитным помехам в устройствах и оборудовании, подключенных к электросети.
• Железные дороги и системы общественного транспорта: Операционные системы поездов и общественного транспорта могут создавать электромагнитные помехи от своих силовых установок, систем сигнализации, систем управления и других процессов. Эти системы работают при высоких напряжениях и токах, которые могут воздействовать на другие компоненты транспортной системы или электрические устройства на объектах, расположенных вблизи железных дорог.
• Медицинское оборудование: Многие технологии в области медицины могут производить электромагнитные помехи, включая жизнеобеспечение, рентгеновское оборудование, МРТ, электрические хирургические аппараты, телеметрические блоки и другое вспомогательное оборудование. Электромагнитные помехи от медицинского оборудования могут вызвать сбои в работе самих устройств или могут помешать работе других медицинских технологий.
• Другие высокочастотные источники электромагнитных помех: Многие промышленные процессы создают высокочастотные электромагнитные помехи от таких компонентов, как передатчики, трансформаторы, инверторы, микропроцессоры и средства управления.

Некоторые промышленные причины электромагнитных помех влияют на технологии в рамках одного и того же объекта или процесса, в то время как другие, такие как перебои в подаче электроэнергии в сеть, могут вызывать более распространенные сбои.

Другие типы категоризации EMI

Другие способы классификации EMI включают их продолжительность или полосу пропускания. В зависимости от источника электромагнитных помех вывод может быть непрерывным или спорадическим. Постоянные помехи возникают, когда источник выдает продолжительный сигнал, например, цепь или постоянно работающий двигатель.Электромагнитные помехи, возникающие спорадически, являются импульсными помехами. Спорадические электромагнитные помехи включают временные прерывания, такие как молния или скачок напряжения.

Также можно классифицировать различные типы EMI по их полосе пропускания. Узкополосные электромагнитные помехи часто возникают из одного источника, в то время как широкополосные электромагнитные помехи исходят из нескольких источников или сигналов в системе, такой как беспроводная сеть или электросеть.

Почему EMI — проблема?

EMI может вызвать ряд проблем для жилых и промышленных устройств, от временного удара до необратимого повреждения.В своей самой легкой форме EMI ​​может вызывать раздражающие нарушения качества работы устройства, например, плохой прием сотового телефона. В более серьезных случаях электромагнитные помехи могут привести к фатальным последствиям, таким как отказ или неисправность основного медицинского оборудования. Воздействие электромагнитных помех зависит от многих факторов, включая продолжительность помех, среду, в которой они возникают, и помехозащищенность устройства.

Влияние электромагнитных помех в жилом секторе

В жилом секторе электромагнитные помехи могут вызвать сбои в работе бытовых приборов и устройств или короткое замыкание.Если в недостаточно защищенных приборах происходит скачок напряжения, это может привести к необратимым повреждениям. Вот несколько примеров проблемных эффектов EMI в жилом секторе.

• Сбои в работе беспроводных устройств: EMI может вызвать плохой прием сотового телефона или плохую работу мобильных устройств. Устройства Wi-Fi и Bluetooth могут испытывать проблемы с надежностью, которые могут расстраивать повседневную жизнь.
• Неисправность компьютеров: Небольшие нарушения работы компьютеров, связанные с электромагнитными помехами, могут вызвать мерцание монитора или снижение производительности, тогда как значительное прерывание, например скачок напряжения, может вызвать сбой компьютера, что приведет к потере данных или необратимому повреждению жесткого диска компьютера.
• Повреждение крупной бытовой техники: EMI может оказать наибольшее влияние на крупную бытовую технику, такую ​​как стиральные машины, сушилки, холодильники, посудомоечные машины и микроволновые печи. Даже домашние системы отопления и охлаждения могут быть подвержены повреждению из-за электромагнитных помех. Когда шум мешает работе этих приборов, это может вызвать сбои в работе и необратимое повреждение электрической цепи.
• Сбои в работе других бытовых устройств: Почти любое электронное или электрическое устройство может быть повреждено из-за электромагнитных помех, включая небольшие домашние устройства, такие как блендеры, миксеры, пылесосы и электроинструменты.

Поскольку производители продолжают проектировать бытовые приборы и электронные устройства, потребляющие меньше энергии, это также сделало их более уязвимыми к повреждению от электромагнитных помех. Энергосберегающие устройства, работающие при более низком напряжении и более высокой частоте, часто имеют пониженную помехозащищенность и могут пострадать из-за более низкого уровня шума.

Влияние электромагнитных помех в промышленном секторе

В промышленном секторе электромагнитные помехи могут влиять на устройства в различных отраслях и приводить к простою, потере данных или необратимому повреждению оборудования.В военной и медицинской областях влияние EMI ​​на критически важные функции может быть еще более серьезным. Это некоторые из основных проблем, которые EMI ​​могут вызвать в промышленном секторе.

• Сбои в работе телевидения, радио и телекоммуникаций: Когда электромагнитные помехи влияют на работу спутников, это может привести к появлению аномальных шумов при радиопередачах или искажению видео при телевизионных передачах. Этот эффект особенно заметен в областях с более слабыми радио- или телефонными сигналами.Если EMI влияет на связь, это может привести к плохому приему или ненадежному обслуживанию.
• Отказ медицинского оборудования: Многие типы медицинского оборудования уязвимы для электромагнитных помех и могут легко выйти из строя, если не защищены от электромагнитных помех. Оборудование жизнеобеспечения отслеживает слабые сигналы тела, что делает его очень восприимчивым к повреждению или отказу от электромагнитных помех. Такие устройства, как кардиостимуляторы и слуховые аппараты, также могут работать со сбоями или выходить из строя из-за электромагнитных помех. Выход из строя больничного оборудования может привести к смерти или другим тяжелым последствиям.
• Отказ военного оборудования: Критически важное военное оборудование может выйти из строя из-за внешних электромагнитных помех или перебоев в подаче питания. Следовательно, крайне важно защитить военную технику от угроз мощных электромагнитных импульсов (HEMP), одной из форм оружия EMI. Угрозы HEMP и другие источники EMI могут вызвать потерю конфиденциальных данных или нарушить военную связь или операции.

Что такое фильтр электромагнитных помех?

EMI, также называемые фильтрами подавления электромагнитных помех, являются эффективным способом защиты от вредного воздействия электромагнитных помех.Что делает фильтр EMI? При подключении к устройствам или схемам фильтры электромагнитных помех могут подавлять электромагнитный шум, передаваемый через проводимость. Эти фильтры удаляют любой нежелательный ток, проходящий через проводку или кабели, позволяя при этом свободно течь желаемым токам. Фильтры электромагнитных помех, подавляющие шум от электросети, также называются сетевыми фильтрами электромагнитных помех.

Как работают фильтры электромагнитных помех? Большинство электромагнитных шумов находится в диапазоне более высоких частот, поэтому фильтры EMI часто представляют собой фильтры нижних частот, которые отсеивают высокие частоты, пропуская более низкие частоты.Различные линейные фильтры EMI подавляют определенные частоты шума, позволяя другим беспрепятственно течь. После процесса фильтрации электромагнитный шум отводится от устройства на землю. Некоторые фильтры электромагнитных помех могут также направлять нежелательные токи обратно к источнику шума или поглощать их.

Поскольку фильтры электромагнитных помех защищают только от кондуктивных электромагнитных помех, они часто сочетаются с экранами, которые блокируют излучаемые электромагнитные помехи. Неэкранированный фильтр электромагнитных помех может передавать шум по воздуху и повредить устройство.Шум может исходить от провода на одной стороне фильтра электромагнитных помех, а затем распространяться на устройство за счет повторного соединения с проводом на другой стороне.

Добавление экрана в точке крепления фильтра электромагнитных помех может эффективно блокировать все формы электромагнитных помех. Однако, если между фильтром и источником электромагнитных помех есть только небольшой проводник, использования одного фильтра может быть достаточно.

Применение фильтров электромагнитных помех

Различные фильтры электромагнитных помех могут применяться различными способами для наиболее эффективной защиты от повреждения электромагнитным шумом.Фильтры EMI блокируют разные частоты шума и соответствуют различным нормам в разных отраслях промышленности. Вот несколько типов фильтров электромагнитных помех в жилых и промышленных помещениях.

• Бытовая техника и стиральные машины: Бытовая техника Фильтры электромагнитных помех подавляют электромагнитные помехи в различных бытовых приборах, от стиральных машин до беговых дорожек. Эти фильтры обеспечивают соответствие устройств нормам электромагнитной совместимости и помогают защитить их от электромагнитных помех, которые могут повлиять на их работу.
• Однофазный: Однофазный фильтр электромагнитных помех эффективен для небольшого оборудования, такого как бытовая техника и электроника, а также для промышленного применения, такого как оборудование для общественного питания, источники питания и телекоммуникации. Однофазные фильтры электромагнитных помех также могут быть совместимы с оборудованием для фитнеса и системами управления двигателями.
• Трехфазный: Для более строгого подавления электромагнитных помех трехфазные фильтры электромагнитных помех могут блокировать более высокие уровни шума с помощью трехступенчатой ​​системы фильтрации.Трехфазные фильтры электромагнитных помех используются в мощных устройствах, таких как промышленное оборудование и двигатели, медицинское оборудование, испытательное оборудование и промышленные инструменты.
• Military: Фильтры электромагнитных помех для военных приложений специально соответствуют нормам и стандартам электромагнитной совместимости военных устройств. Эти надежные фильтры электромагнитных помех защищают аэрокосмические и военные системы связи от повреждений, обеспечивая безопасность операций. Фильтры EMI, разработанные для защиты HEMP, также доступны для защиты от угроз EMI.
• Фильтры электромагнитных помех медицинского класса: Фильтры электромагнитных помех медицинского класса соответствуют современным требованиям для применения в медицине и защищают чувствительное медицинское оборудование от повреждений. Фильтры электромагнитных помех для кабинетов МРТ специально созданы для создания безопасной испытательной камеры, свободной от электромагнитных помех от освещения, домофонов и других источников внешнего шума. Эффективные и надежные фильтры электромагнитных помех для медицинских приложений могут быть спасительной защитой от электромагнитных шумовых помех.

В зависимости от желаемого применения, воздействие фильтров электромагнитных помех может включать в себя отключение нежелательных электромагнитных шумов и защиту устройств и электрических систем от повреждений.

Astrodyne TDI — лидер отрасли EMI

Если вам нужна эффективная защита от электромагнитных помех, Astrodyne TDI может предоставить прочные и надежные фильтры электромагнитных помех для любого применения. В нашем ассортименте есть надежные фильтры EMI для специализированных приложений в военной и медицинской областях, а также экономичные фильтры EMI для бытового и промышленного использования. Для приложений, требующих индивидуального решения, наша группа экспертов может разработать фильтр электромагнитных помех, отвечающий вашим конкретным требованиям.

Обладая более чем 50-летним опытом, Astrodyne TDI является надежным производителем высококачественных фильтров электромагнитных помех для медицинских, военных, коммерческих и жилых помещений. Мы разрабатываем все наши фильтры электромагнитных помех в соответствии с отраслевыми стандартами и правилами электромагнитной совместимости. Изучите наш выбор фильтров EMI или отправьте индивидуальный запрос на предложение идеального фильтра EMI для ваших нужд. Для получения дополнительной информации о пользовательских и стандартных фильтрах электромагнитных помех Astrodyne TDI свяжитесь с нами.

Базовая таблица источников питания переменного и постоянного тока

Позвольте электронам сами дать вам ответы на ваши собственные «практические проблемы»!

По моему опыту, студентам требуется много практики с анализом цепей, чтобы стать профессионалом.С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических задач, над которыми нужно работать, и дают ученикам ответы, с которыми они могут проверить свою работу. Хотя такой подход позволяет студентам овладеть теорией схем, он не дает им полноценного образования.

Студентам нужна не только математическая практика. Им также нужны настоящие практические схемы построения схем и использование испытательного оборудования. Итак, я предлагаю следующий альтернативный подход: ученики должны построить своих собственных «практических задач» с реальными компонентами и попытаться математически предсказать различные значения напряжения и тока.Таким образом, математическая теория «оживает», и учащиеся получают практические навыки, которых они не приобрели бы, просто решая уравнения.

Еще одна причина для следования этому методу практики — научить студентов научному методу : процессу проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем проведения реального эксперимента. Студенты также разовьют реальные навыки поиска и устранения неисправностей, поскольку они время от времени допускают ошибки при построении схем.

Выделите несколько минут времени со своим классом, чтобы ознакомиться с некоторыми «правилами» построения схем, прежде чем они начнутся.Обсудите эти вопросы со своими учениками в той же сократической манере, в которой вы обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, вместо того, чтобы просто говорить им, что они должны и не должны делать. Я никогда не перестаю удивляться тому, насколько плохо студенты понимают инструкции, представленные в типичном формате лекции (монолог инструктора)!

Примечание для тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, необходимое студентам для построения реальных схем вместо того, чтобы просто математически анализировать теоретические схемы:

Какова цель студентов, посещающих ваш курс?

Если ваши ученики будут работать с реальными схемами, им следует по возможности учиться на реальных схемах.Если ваша цель — обучить физиков-теоретиков, то во что бы то ни стало придерживайтесь абстрактного анализа! Но большинство из нас планируют, чтобы наши ученики что-то делали в реальном мире с образованием, которое мы им даем. «Потраченное впустую» время, потраченное на создание реальных схем, принесет огромные дивиденды, когда им придет время применить свои знания для решения практических задач.

Кроме того, когда студенты создают свои собственные практические задачи, они учатся выполнять первичных исследований , тем самым давая им возможность продолжить свое образование в области электротехники / электроники в автономном режиме.

В большинстве наук реалистичные эксперименты намного сложнее и дороже, чем электрические схемы. Профессора ядерной физики, биологии, геологии и химии хотели бы, чтобы их ученики применяли высшую математику в реальных экспериментах, не представляющих опасности для безопасности и стоивших меньше, чем учебник. Они не могут, но вы можете. Воспользуйтесь удобством, присущим вашей науке, и заставьте своих учеников практиковать математику на множестве реальных схем!

Практические различия между импульсными и линейными источниками питания?

Вы попали в самую точку своей пресловутой головы:

Оба являются источниками питания с архитектурой и, как таковые, обычно выполняют роль источника постоянного напряжения (или источника тока для некоторых приложений, но мы, скорее всего, говорим об источниках напряжения).

Теперь вы можете представить себе линейный источник питания просто как саморегулирующийся резистор. Он регулирует свое сопротивление ровно настолько, чтобы упасть достаточно, чтобы напряжение между его выходной клеммой и ее клеммой заземления было постоянным.

Конечно, это означает, что $ V_ {drop} \ cdot I_ {output} = P_ {wasted} $, т.е. все это падение напряжения — это отработанное тепло. Следовательно, вы просто не можете сделать это для слишком больших падений напряжения или слишком больших токов, потому что вещи нагреваются . Нагревается, значит, вам нужны более мощные микросхемы стабилизаторов напряжения и радиаторы большего размера.Это дорого. Для больших падений напряжения и критически важных для безопасности вещей вы просто не можете этого сделать, потому что не существует (доступных) полупроводников, которые поддерживали бы как мощность, так и достаточную изоляцию.

Теперь импульсный источник питания работает, имея накопитель энергии , от которого он потребляет небольшие порции энергии. В типичной топологии это означает, что у вас есть входное напряжение через катушку, которая, конечно, начинает создавать магнитное поле. Затем вы выключаете и снова включаете вход или выход, чтобы довести напряжение на этой катушке до целевого выходного напряжения.Энергия, принимаемая выходом в форме тока, берется из магнитного поля катушки, так что количество включений и выключений должно соответствовать целевому напряжению и величине потребляемого тока, а также тому факту, что более высокое входное напряжение может: перезарядить «катушку быстрее.

Проявив немного смекалки, вы можете даже увеличить напряжение! То, что невозможно сделать с линейными источниками питания.

Если вы посмотрите на потерянную мощность, теоретически она равна нулю: энергия просто преобразуется из входного электрического тока в магнитное поле и обратно в выходной ток при другом напряжении, и все эти процессы теоретически без потерь.

На практике вы, конечно, получаете сопротивления в проводах катушки и потери в сердечнике катушки, а также сопротивления в переключателе (обычно транзисторе), так что эффективность может быть от 80% до 98% — но это так, намного эффективнее, чем, скажем, преобразование тока 1 А с 12 В в 5 В:

При линейном питании $ I_ {out} = I_ {in} $ (плюс потери), поэтому $ P_ {in} = V_ {in} \ cdot I_ {in} = V_ {in} \ cdot I_ {out} = V_ {in} \ frac {P_ {out}} {V_ {out}} = \ frac {V_ {in}} {V_ {out}} P_ {out} $, с подачей режима переключения $ P_ {out} = Только P_ {in} $! Это означает, что в линейной схеме подачи используется $ \ frac {12} 5 = 2.В 4 раза больше мощности!

Относительно шума:

Конечно, переключение обязательно означает, что вы включаете и выключаете ток, и вы увидите это на выходной стороне вашей катушки, как пульсации . Обычно сглаживающий конденсатор снижает эту пульсацию до степени, достаточной для работы электроники.

Однако сокращение не означает полного избавления от него, и вам необходимо разработать этап сглаживания, который соответствует вашим потребностям: если вам нужно просто управлять дисплеем часов микроволновой печи, выходное напряжение с высоким уровнем пульсаций (следовательно, шумным) для вас совершенно не важно.Если вы пытаетесь уловить слабую передачу на частоте, близкой к частоте, на которой работает ваш импульсный источник питания (или одной из его гармоник), вам будет труднее.

В профессиональном лабораторном и SDR-оборудовании, которое по-прежнему часто имеет ограничения по стоимости, размеру и мощности, вы часто действительно найдете каскад источников питания; например:
Набор переключателей для понижения входного напряжения с 6 до 9 В (которое обычно исходит от «настенной бородавки» в режиме переключения, преобразующей сетку во что-то безопасное для прикосновения человека) до 5 В, 3.3 В и 1,8 В; последнее напряжение, которое нужно преобразовать в 1,2 В через линейный источник питания с низким падением для высокоскоростной цифровой логики и памяти, 3,3 В для прямого использования микросхемами цифрового интерфейса, которые не заботятся ни о шумах, ни о очень точном напряжении. , и 5 В для регулирования с помощью другого набора линейных источников питания для всей цепи аналогового сигнала, с большим количеством RC-фильтров нижних частот между импульсным источником питания, линейным регулятором и, если позволяет небольшое и постоянное потребление тока, между линейным регулятором и устройство (усилитель, смеситель, регулируемые аттенюаторы, переключатели СВЧ…).

Руководство для чайников по работе с бородавками :: DXing.info

Как уменьшить электромагнитные помехи в солнечных системах

Эта информация в основном направлена ​​на снижение или устранение радио, телевидения, сотовых телефонов и других электронных шумов и помех в фотоэлектрических и других системах с питанием от постоянного тока, а также от оборудования, используемого в фотоэлектрических системах.Во многом это относится к чему-либо или к любому оборудованию с EMI (электромагнитными помехами) или RFI (радиочастотными помехами).

Что такое EMI ​​и RFI?

EMI и RFI похожи и часто имеют одни и те же причины и решения. RFI — это излучаемые помехи или шум, по сути, радиоволны. EMI включает в себя RFI, но также включает неизлучаемые помехи, такие как линейный шум, исходящий от линий питания или управления. С этого момента мы будем использовать только EMI, так как лечение в основном такое же.

EMI может поступать из многих источников. Почти все в вашем доме или автомобиле излучает некоторые электромагнитные помехи, включая флуоресцентные лампы, телевизоры, беспроводные телефоны, электрические инструменты, автоматическое зажигание и т. Д. В солнечных системах и системах постоянного тока у вас часто есть дополнительные источники, такие как импульсные источники питания, контроллеры заряда, свет постоянного тока. балласты и инверторы (особенно модифицированные синусоидальные типы). В настоящее время используются десятки цифровых устройств, и цифровые, особенно силовые цепи, излучают больше электромагнитных помех, чем аналоговые (переменного тока).

FCC, часть B

Одна из основных проблем с солнечным оборудованием и оборудованием постоянного тока заключается в том, что почти ни одно из него не соответствует стандартам FCC, раздел 15, часть B. Почти все приборы и электронное оборудование, продаваемые сегодня для домашнего использования, должны соответствовать требованиям FCC, часть B, которые регулирует максимальное количество электромагнитных помех, которые могут излучать устройства (например, телевизоры). Вот почему микроволновая печь и кофемолка не шумят. Но почти все оборудование постоянного тока и солнечной энергии освобождено от Части B.Это означает, что они могут выпускать НАМНОГО больше EMI ​​и при этом оставаться законными.

Основные источники шума

Любое цифровое электронное оборудование издает хоть какой-то шум. И почти все оборудование, которое сейчас используется в фотоэлектрических системах, является цифровым. Наиболее распространенными типами оборудования, с которым возникают проблемы, являются контроллеры заряда, лампы постоянного тока и некоторые модифицированные синусоидальные инверторы. Почти все контроллеры заряда посылают в батареи импульсы вместо постоянного напряжения / тока. Цифровые импульсы большой мощности — один из наихудших источников электромагнитных помех.

Наиболее распространенные способы снижения шума:

• Экранирование
• Отмена
• Фильтрация
• Подавление

Экранирование

Практически любой металл обеспечивает защиту. Щит в основном блокирует шум, как следует из названия. Металлические корпуса распространены для инверторов и некоторого другого оборудования. Но металлический канал также будет выступать в роли щита.Экранирование является эффективным, но не всегда возможным, и мало что может сделать для устранения шума, передаваемого по проводке к устройству и от него.

Отмена

Отмена может быть не лучшим сроком. Но это очень просто сделать и в некоторых случаях довольно эффективно. В основном это просто витые пары проводов. Шум в витых парах имеет тенденцию нейтрализоваться при каждом повороте. Он работает не во всех случаях, но настолько прост, дешев и обычно прост в применении, что зачастую это первый метод, который следует попробовать.

Мы продаем некоторые кабели — в основном для таких вещей, как шунтирующие сигнальные провода — которые представляют собой экранированные витые пары. Кабель этого типа очень эффективен для подавления шума внутри проводов и вне их. Но экранированную витую пару большего размера бывает трудно найти, и это очень дорого. Ознакомьтесь с нашей рекомендацией здесь .

Фильтрация

Фильтрация существует с момента изобретения электроники. Наиболее распространенный метод — использовать конденсаторы в сигнальной линии или между проводом на землю, чтобы избавиться от шума.Иногда используются индукторы, но они имеют некоторые ограничения по частоте, а также могут быть довольно громоздкими и дорогими. Одним из ограничений использования конденсаторных фильтров является то, что обычно у вас должно быть хорошее заземление для одной стороны конденсатора. Если у вас есть длинные зацепки между тем, что вы фильтруете, и землей, вы можете даже усугубить проблему.

Подавление

Это относительно новый и часто самый эффективный способ. Самый распространенный метод — использование ферритовых дросселей, сердечников и бусинок. Ферриты представляют собой порошковые формованные металлические порошки, отлитые в различные формы и размеры.Ферриты на самом деле являются разновидностью литой керамики. Обычно они состоят из порошкового оксида железа (Fe2O3), а также из оксидов цинка, меди, цинка и других металлов. Часть отфильтрованного спектра электромагнитных помех преобразуется в тепло внутри ферритового сердечника и рассеивается.

Мы продаем дроссели с защелкой, которые можно просто открыть и закрепить на проводах или кабелях. Вы можете складывать столько, сколько хотите, и складывать разные типы, если у вас есть серьезные проблемы. Вам не нужно по одному на каждый провод, если у вас нет действительно толстых проводов — они работают так же хорошо, если прикрепить их к паре или пучку проводов.Они непроводящие, поэтому их можно использовать практически где угодно, в том числе на линиях электропередач на 115 В и кабелях аккумуляторов или инверторов. Приобретите нашу коллекцию шумовых фильтров здесь .

Ниже приведено хорошее общее описание шума, вызываемого оборудованием с питанием от постоянного тока, составленное одним из инженеров компании Exeltech Инверторы:

Помехи от инверторов всегда будут проблемой. Для многих это сложная тема.. и одинаково трудно уменьшить. Обратите внимание, что вы можете уменьшить .., но не устранить помехи.

Чтобы усложнить ситуацию, чем дальше радио от передатчика, тем труднее будет решить эту проблему.

Вот почему …

Для достижения наивысшего возможного КПД силовые цепи инвертора сегодня переключаются из выключенного состояния во включенное за чрезвычайно короткое время, например, полное выключение за микросекунды или даже наносекунды. Внутри инвертора даже «синусоидальные» модели используют прямоугольные волны в различных точках.Почему? Твердотельные устройства работают с наименьшими потерями энергии, когда они полностью выключены … или включены в сильно «насыщенном» режиме, то есть включены на максимально возможный уровень с минимально возможным сопротивлением. Переход от выкл. К включению обычно выполняется за один шаг, от нуля до максимума … затем обратно.

Микропроцессорные часы также работают таким же образом, как и сигналы в процессоре и любых связанных схемах связи.

Прямоугольные волны представляют собой смесь синусоидальной волны и всех нечетных гармоник (нечетных целых кратных) исходной частоты синусоидальной волны.Чтобы создать прямоугольную волну 100 кГц, мы начинаем с синусоидальной волны 100 кГц и добавляем синусоидальные волны 300 кГц, 500 кГц, 700 кГц … и так далее, вплоть до многих МГц области. Количество добавленных гармоник просто поражает.

Как следствие, эти гармоники излучаются в широковещательном диапазоне AM … и далеко за его пределы. Что еще хуже, схемы в инверторах не являются «линейными», то есть они не точно воспроизводят точную форму сигнала, помещенную в них. Это сделано намеренно, но с побочным эффектом.Эта нелинейность превращает схемы в «смесители». Смесители являются частью каждого радио и телевидения. Мы используем схемы смесителя, чтобы объединить две частоты и получить другие. Когда в нелинейные схемы подается большое количество сигналов, они складывают и вычитают все различные комбинации сигналов, чтобы создать еще другие частоты … и так далее.

Радиочастотные помехи («RFI») возникают из-за множества различных аспектов инвертора. Если инвертор работает от батарей, у вас будет много сотен ампер, которые очень быстро включаются и выключаются «входной частью» инвертора.Чтобы справиться с сотнями ампер, входное сопротивление («импеданс») инвертора должно быть очень низким… порядка нескольких миллиомов.

Струнные инверторы, подключенные к последовательному массиву фотоэлектрических модулей, работают по тем же принципам, но при более низких токах и более высоких напряжениях, чем их аналоги на батарейках.

Фильтры радиопомех работают на основе делителя напряжения, создавая очень высокий импеданс для помех (блокируя их), но очень низкий импеданс для постоянного тока, который должен течь, сводя к минимуму потери на постоянном токе.Это очень сложная задача из-за высокой силы тока.

То же самое и с выходными цепями переменного тока инвертора. Выход переменного тока легче найти, потому что ток намного ниже, чем вход постоянного тока (только для систем на базе батарей). И наоборот, инверторы подключаются к цепям переменного тока в доме, превращая каждый дюйм домашней проводки в антенну, излучающую помехи.

Как упоминалось ранее в этой теме, лучше всего уменьшить помехи у источника — в данном случае инвертора.

Первый шаг — попытаться определить, откуда исходит основная часть помех. Постоянный ток ведет? Провода переменного тока? Корпус инвертора? Все выше? У каждого есть свой набор возможных шагов по снижению RFI. Свинцы — наиболее вероятные виновники. Здесь неоценимым помощником может стать коротковолновое радио с батарейным питанием и индикатором мощности сигнала. Если он у вас есть, вы впереди всех. Если вы подумываете о покупке… убедитесь, что он также принимает широковещательный диапазон AM. Большинство так и поступают.

Основные правила:

1) Следите, чтобы провода постоянного тока от батареи к инвертору были как можно короче.

2) По возможности скрутите провода постоянного тока вместе. Если это невозможно, держите их как можно ближе друг к другу. Цель состоит в том, чтобы магнитная энергия радиочастотных помех от каждого провода нейтрализовала магнитную энергию радиочастотных помех в другом. Как также отмечалось, может быть полезно проложить каждую ветвь постоянного тока в металлическом кабелепроводе, а затем ЗАЗЕМЛИТЬ кабелепровод на землю — чем короче, тем лучше. Отсутствие заземления кабелепровода просто превратит кабелепровод в другую антенну. Заземление RFI отделено от «защитного» заземления.Если вы используете «землю» переменного тока, она также становится антенной, если только она не короткая, и у вас есть хорошее соединение с проводом заземляющего электрода с высокопроводящей землей. Трудно достичь всех трех вместе, но это можно сделать в некоторых местах.

Кто-то предложил подключить к проводам постоянного тока «конденсатор фильтра». Это не повредит, но вряд ли будет эффективным, учитывая очень низкий импеданс входных цепей инвертора.

3) Ферритовые сердечники можно надевать по длине каждого кабеля и размещать в том месте, где кабели выходят из инвертора.Могут помочь тороидальные сердечники или аналогичные, но вам понадобится их много, и они должны будут иметь длину не менее двух-трех футов, начиная с инвертора. Чем больше, тем лучше, и имейте в виду … когда используется много … они тяжелые.

Не устанавливайте их со стороны аккумулятора. Установка со стороны батареи и оставление некоторого количества кабеля на инверторе позволяет оголенным проводам инвертора действовать как антенны.

Выберите подходящий тип феррита. Удивительно, но различные составы феррита реагируют по-разному в зависимости от диапазона частот, в котором они используются.Например, некоторые ферриты подходят для работы на частоте 100-500 МГц и не могут эффективно блокировать радиопомехи, мешающие AM-радио. Для AM-радио RFI выберите феррит, рассчитанный на работу в диапазоне от 250 кГц до 2 МГц или более.

4) Также доступны фильтры электромагнитных / радиопомех переменного тока, которые могут быть установлены в выходной цепи переменного тока инвертора. Их производят Corcom, Tyco и другие. Выберите устройство, рассчитанное на выходное напряжение И ток инвертора. Фильтры RFI будут признаны UL / ETL / CSA.Если вы найдете то, чего нет … не покупайте их.

5) Как было предложено, радиоприемник с внешней антенной может помочь, особенно если антенна питается от коаксиального кабеля, который может действовать как экран, пока кабель не будет находиться далеко от дома и / или инвертора. Держите радиоантенну как можно дальше от инвертора и домашней электропроводки.

6) Радио на батарейках также является опцией. Об этом тоже упоминалось ранее в этой ветке. Даже хорошо отфильтрованный выход переменного тока инвертора всегда несет с собой некоторый уровень помех.На слабый радиосигнал по-прежнему влияет слабый источник помех.

7) Заземлите корпус инвертора в соответствии с инструкциями производителя. Сегодня все инверторы должны соответствовать определенным уровням критериев помех FCC. Действия внутренних цепей фильтрации радиопомех можно улучшить, если инвертор правильно заземлен.

8) Когда-нибудь заходили в гараж, слушая радио, и радиостанция становится очень слабой или вообще пропадает ?? То же самое происходит, когда мы проезжаем длинные туннели шоссе.

Мы можем использовать эту черту. Это вызвано тем, что стальные арматурные стержни («арматурные стержни») блокируют попадание радиосигналов на антенну вашего автомобиля. Та же характеристика, которая предотвращает попадание сигналов в ваше радио, также помогает удерживать помехи внутри.

В дополнение ко всему вышесказанному вам, возможно, придется построить экран вокруг всего инвертора, а затем подключить сам экран к заземлению. Этот экран НЕ ДОЛЖЕН касаться корпуса инвертора.Это лишило бы цели экрана. Однако через него могут проходить правильно отфильтрованные провода постоянного и переменного тока.

В этом случае вы будете строить «щит Фарадея», который будет сдерживать помехи внутри. Что удивительно, это может быть черный или цветной металл. Я бы порекомендовал железо (например, проволочную сетку с небольшими отверстиями) для простоты пайки. Постройте «коробку» вокруг инвертора, включая заднюю часть инвертора. Для этого вам понадобится плата или другое средство, чтобы корпус инвертора не касался провода.

После того, как вы построили коробку, подключите коробку к собственному заземлению «RFI». Это будет похоже на стандартное защитное заземление.

Затем добавьте соединительный провод от заземления RFI к защитному заземлению системы. Этот провод заземления от радиопомех и защитного заземления должен быть снаружи, если это возможно … и закопан в землю, если это вообще возможно. Добавление этого соединительного провода позволяет избежать возникновения контуров заземления переменного тока или других проблем. Хранение его в почве также немного снижает вероятность того, что он станет антенной для помех.Если все вышеперечисленное выполнено правильно, они не повлияют на эффективность только что построенной коробки.

Уменьшение радиочастотных помех — это, в лучшем случае, охота на снайперов. Сила самого сигнала радио- / телестанции может и будет изменяться и зависит от множества переменных. Это может создать впечатление, что что-то, что вы сделали, повлияло на уровень помех от инвертора, хотя на самом деле вы ничего не меняли. Чем слабее радиосигнал, тем труднее будет уменьшить помехи от инвертора, чтобы радиосигнал был приемлемым для прослушивания.