Схемы сетевых фильтров: принцип работы, виды и применение

Как работают сетевые фильтры. Какие бывают схемы сетевых фильтров. Из каких элементов состоят сетевые фильтры. Как выбрать и собрать сетевой фильтр своими руками. Применение сетевых фильтров для защиты оборудования.

Что такое сетевой фильтр и для чего он нужен

Сетевой фильтр — это устройство, предназначенное для защиты электронного оборудования от помех, приходящих из электросети. Основные функции сетевого фильтра:

• Подавление высокочастотных помех
• Ограничение импульсных помех и выбросов напряжения
• Защита от перенапряжения в сети
• Защита от короткого замыкания

Сетевые фильтры устанавливаются между электросетью и питаемым оборудованием, обеспечивая его защиту от вредных воздействий. Это особенно важно для чувствительной электроники — компьютеров, аудио/видео техники, измерительных приборов и т.д.

Принцип работы сетевого фильтра

Принцип действия сетевого фильтра основан на использовании пассивных элементов — катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов. Эти компоненты образуют фильтрующие цепи, которые:

• Пропускают ток основной частоты 50 Гц практически без ослабления
• Подавляют высокочастотные помехи
• Ограничивают импульсные помехи

Типовая схема сетевого фильтра включает в себя:

1. Дроссели — обеспечивают высокое сопротивление для высокочастотных помех
2. Конденсаторы — шунтируют помехи на землю
3. Варисторы — ограничивают импульсные перенапряжения
4. Предохранители — защищают от перегрузки по току

Такая комбинация элементов позволяет эффективно отфильтровывать различные виды сетевых помех.

Основные схемы сетевых фильтров

Существует несколько базовых схем построения сетевых фильтров:

1. Простейший LC-фильтр

Состоит из дросселя и конденсатора. Обеспечивает базовую фильтрацию высокочастотных помех.

2. П-образный фильтр

Включает два конденсатора и дроссель между ними. Более эффективен для подавления ВЧ-помех.

3. Т-образный фильтр

Содержит два дросселя и конденсатор между ними. Хорошо подавляет как высокочастотные, так и низкочастотные помехи.

4. Многозвенный фильтр

Состоит из нескольких LC-звеньев. Обеспечивает наилучшее подавление помех в широком диапазоне частот.

Элементы схем сетевых фильтров

Основные компоненты, используемые в схемах сетевых фильтров:

• Дроссели — подавляют высокочастотные помехи
• Конденсаторы X-типа — шунтируют помехи между фазой и нейтралью
• Конденсаторы Y-типа — отводят помехи на землю
• Варисторы — ограничивают импульсные перенапряжения
• Предохранители — защита от перегрузки по току
• Разрядники — защита от мощных импульсных помех

Правильный подбор номиналов и типов этих элементов позволяет создать эффективный сетевой фильтр для конкретного применения.

Как выбрать готовый сетевой фильтр

При выборе готового сетевого фильтра следует обратить внимание на следующие параметры:

• Максимальный рабочий ток — должен соответствовать суммарной мощности подключаемого оборудования
• Уровень подавления помех — измеряется в дБ, чем больше, тем лучше
• Наличие варисторной защиты от импульсных помех
• Наличие предохранителей или автоматического выключателя
• Количество розеток — должно быть достаточным для всего оборудования
• Длина сетевого шнура — для удобного размещения

Также важно, чтобы фильтр имел сертификат соответствия стандартам безопасности.

Сборка сетевого фильтра своими руками

Для самостоятельной сборки простого сетевого фильтра потребуется:

1. Дроссель с индуктивностью 2-5 мГн
2. Конденсаторы X-типа 0.1-0.47 мкФ
3. Конденсаторы Y-типа 2200-4700 пФ
4. Варистор на 275В
5. Предохранитель на нужный ток
6. Корпус, розетки, провода

Компоненты соединяются согласно выбранной схеме. Важно соблюдать правила электробезопасности при сборке и эксплуатации самодельного фильтра.

Применение сетевых фильтров

Сетевые фильтры широко применяются для защиты различного оборудования:

• Компьютерной и офисной техники
• Аудио и видеоаппаратуры
• Измерительных приборов
• Медицинского оборудования
• Промышленных контроллеров
• Телекоммуникационных устройств

Использование качественных сетевых фильтров позволяет повысить надежность работы оборудования и продлить срок его службы.

Заключение

Сетевые фильтры являются важным элементом защиты электронного оборудования от помех в электросети. Правильный выбор или самостоятельная сборка сетевого фильтра позволяет обеспечить стабильную работу чувствительных устройств. При этом важно учитывать особенности конкретного оборудования и условия его эксплуатации.

Сетевые фильтры — как они работают, примеры схем

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, C3, 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). Почему это важно?

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.

Источники информации:

1. electroclub.info
2. corumtrage.ru
3. potrebitel.ru

Схема сетевого фильтра | Микросхема

Сетевые фильтры стали неотъемлемым обязательным аксессуаром оргтехники и некоторой бытовой техники и приборов. Вообще сетевой фильтр, прежде всего, должен представлять собой устройство, которое призвано защищать цепи питания компьютеров, периферии и другой электронной аппаратуры от ВЧ и импульсных помех, скачков напряжения, возникающих в результате коммутации и работы промышленного оборудования. Это основные задачи устройств, носящих название сетевой фильтр. Как бы он ни выглядел, в какой бы корпус его ни запихал производитель, какой бы прочей эргономичности не придумали, главное, чтобы все это внешнее изящество не затмило основных задач. А сегодня можно наблюдать, к сожалению, совершенно иную картину. Производители подобных устройств не задумываются об их функциях, берут простейшую электрическую схему сетевого фильтра, состоящую из двух дросселей и двух конденсаторов, суммарная стоимость которых копейки и камуфлирует это под красивый дизайн. Для примера:

Или:

Причем стоимость такого аксессуара под названием сетевой фильтр немаленькая. В итоге, мы покупаем обычный сетевой удлинитель в красивой обертке. При всем этом показатель цены, что якобы, чем дороже, тем лучше и качественней, в данной ситуации значения не имеет. Этим введением мы хотим показать и раскрыть суть вопроса о сетевых фильтрах. Отчасти это ещё и ответ на комментарий уважаемого радиолюбителя в публикации простейшей схемы сетевого фильтра. Конечно, мы согласны, что начинка очень даже влияет на стоимость. Но всё дело в нерадивых производителях сетевых фильтров, которые не хотят «заморачиваться» над их содержимым, не пытаются разрабатывать принципиально новые электрические схемы для улучшения эффективности. Поэтому многие опытные радиолюбители для ежедневных нужд проектируют схемы сетевых фильтров сами. И качество получается на высоте, и надёжность, и собираются в основном из подручных радиокомпонентов, что сводит затраты к минимуму, и приобретается дополнительный радиотехнический опыт. Также стоит заметить, что в большинстве случаев схемы сетевых фильтров входят в состав более сложных схем сетевых стабилизаторов напряжения, о которых мы неоднократно упоминали на страницах радиолюбительского сайта.

Сегодня мы опубликуем несколько электрических схем и их описаний, по которым вам не составит особого труда изготовить сетевой фильтр своими руками, по функциональности и характеристикам превосходящий покупной. На рисунке ниже приведена электрическая схема сетевого фильтра, предназначенного для защиты питаемого устройства от внешних помех (за это отвечает цепочка C3C4C5C7L1) и импульсных выбросов сети (варистор R5 с характеристическим напряжением 275 вольт). Приведенная схема также защищает сеть от помех, создаваемых питаемым устройством.

Дроссель L1 имеет индуктивность магнитосвязанных встречно включенных электрически изолированных половинок 5,6 мГн. Светодиод D4 светится в рабочем состоянии, а D2 – только при перегорании плавкого предохранителя F1. По сути, схема этого сетевого фильтра является модернизированным вариантом простейшей электрической схемы устройства.

Собранный по следующей схеме универсальный фильтр не пропускает высокочастотные сетевые помехи как в питающий прибор, так и обратно в электрическую сеть.

В фильтре используются конденсаторы С1…С4, С9…С12 — КПБ — 0,022 мкФ — 500 вольт, С5…С8, С13, С14 — КТП-3 — 0,015 мкФ — 500 вольт (керамические, красного цвета, с резьбой М8 — 0,75). Неоновая лампочка VL1 служит обычным индикатором работы. Дроссели Др1 и Др1′ намотаны обычным двойным сетевым проводом в изоляции на семи, сложенных вместе плоских ферритовых стержнях для магнитной антенны. Общее сечение магнитопровода 4,2 см2. Стержни плотно уложены друг на друга и обмотаны тремя слоями лакоткани. Поверх нее намотана обмотка, содержащая 7 витков провода. Получившийся элемент больше похож на проходной трансформатор, чем на дроссель. Дроссели Др2, Др2′ (на керамических стержнях диаметром 12 мм и длиной 115 мм до полного заполнения), Др3 и Др3′ (бескаркасные, содержат по 9 витков, намотаны с шагом для уменьшения межвитковой емкости и лучшей защиты от самых высокочастотных наводок на оправке диаметром 10 мм и длиной 41 мм) намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 1,5 мм. Максимальный ток для дросселей равен: Imax=d2 * плотность тока(4…6) / 1,28 = 1,52*4,5/1,28=7,91 ампер. Отсюда мощность равна P=220*7,91=1740 ватт. Конструктивно, что показано ниже на рисунке, сетевой фильтр собран в трех экранированных секциях, которые помещаются в металлический корпус 190х190х70 мм. Дроссели, находящиеся в соседних секциях, соединяются через проходные конденсаторы, установленные на вертикальных перегородках. Крепятся дроссели с помощью стоек из оргстекла толщиной 10 мм, в которых просверливают отверстия нужного диаметра.

Итак, с этим универсальным фильтром все, надеемся, понятно. Защита включает в себя и НЧ, и СЧ, и, наконец, ВЧ фильтрацию.

Далее рассмотрим знакомые большинству потребителей схемы сетевых фильтров Pilot. Они приведены ниже на рисунках.

Первая примитивная схема – Pilot L с максимальным током до 10 ампер.

Вторая схема более эффективная, от этого и соответствующее название сетевого фильтра производителем – Pilot Pro, максимальный ток которого также 10 ампер; но по существу тоже примитивная.

На последнем рисунке изображена электрическая схема фильтра APC E25-GR. Она идентична схеме Pilot Pro. Главное отличие в том, что вместо конденсатора 1 мкФ x 250 В установлен конденсатор 0,33 мкФ x 275 В и в качестве сердечника у катушек вместо воздуха используется ферритовый стержень. У каждой катушки свой. Оси катушек расположены под углом 90 градусов.

Также стоит сказать, что непосредственно в схемах самих блоков питания компьютера есть, хоть и примитивные, но все-таки сетевые фильтры, схемы которых как раз и копируют большинство нерадивых производителей.

Итак, кроме рассмотренной нами ранее универсальной (а пока только она, как вы, наверно, поняли, заслуживала внимания) мы вплотную подошли к эксклюзивной схеме сетевого фильтра. Функциональную схему работы устройства можно отразить на следующих диаграммах. Т.е. на них показано прохождение переменного тока через функциональные узлы и блоки фильтра, сглаживание посторонних разнородных помех и выделение на выход «чистого» напряжения.

Более детально это можно представить так:

Для реализации поставленных задач отлично справляются сетевые фильтры, собранные по схемам ниже:

Последний рассчитан для питания не только аналоговых приборов, но и цифровой техники.

В схемах можно применять варисторы типа CNR14D221 (S14K140) 220В, 60 Дж или JVR-14N221K (S14K140) 220В или FNR-14K221 220В, 40 Дж. В качестве катушек-дросселей можно применить вот такие уже готовые – скачать. В качестве конденсаторов подавления электромагнитных помех подойдут так называемые Y конденсаторы, которые подключаются между фазой и нейтралью, эффективны при подавлении асимметричной (дифференциальной) помехи.

Подытожим, что две последние, а также универсальная схема сетевого фильтра наиболее предпочтительны. В заключение для интереса приведу стандарты сети электропитания стран мира. Приведены значения напряжения и частоты бытовой электросети различных государств, а также показан внешний вид сетевых разъемов, применяемых для подключения электроприборов.

А вообще, если вы приобрели или собрали сетевой фильтр своими руками, проверить его эффективность можно, подключив к одной розетке, например, системный блок и радиоприёмник. Но до этого стоит проверить их «совместимость» без фильтра. Если при применении сетевого фильтра уровень помех, доносящихся из динамика радиоприемника, становится заметно меньше или вообще пропадает, то устройство выполняет свои непосредственные задачи. И напоследок. Если вы все-таки покупаете готовый сетевой фильтр, то обращайте внимание на устройства, прошедшие испытания по ГОСТ Р 53362-2009, который заменяет предыдущий ГОСТ Р 50745-99.

Метки: полезно собрать

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Стабилизатор сетевого напряжения
УНЧ на микросхеме TDA7293

Основы сетевого фильтра и принцип работы

Основы сетевого фильтра

Сетевой фильтр, также называемый фильтром линии электропередачи EMI, представляет собой пассивную двунаправленную сеть, электрическое оборудование, которое эффективно фильтрует определенную точку частоты в сети. линии или частоты вне конкретной точки частоты. Сетевые фильтры предназначены для защиты от электромагнитных помех (ЭМП) в сети и представляют собой частотно-избирательную двухполюсную сеть, обычно состоящую из катушек индуктивности, конденсаторов, резисторов. На самом деле это своего рода фильтры, и его также можно назвать фильтром отражения в соответствии с принципом работы. Он обеспечивает высокий последовательный импеданс и низкий параллельный импеданс в полосе задерживания фильтра, сильно рассогласование источника шума и его импеданса с импедансом нагрузки, тем самым передавая нежелательные частотные компоненты обратно к источнику шума.

При выборе сетевого фильтра следует учитывать три основных показателя: во-первых, напряжение и ток, во-вторых, вносимые потери и, наконец, размер и структура. Поскольку фильтр внутри обычно залит, окружающая среда не является главной проблемой. Тем не менее, температурные характеристики всех заливочных материалов и фильтрующих конденсаторов в некоторой степени влияют на экологические характеристики сетевого фильтра.

Структура сетевого фильтра

Сетевые фильтры, как правило, представляют собой пассивные фильтры, состоящие из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, без активных компонентов, таких как транзисторы. В соответствии с характеристиками электромагнитных помех на порте питания сетевой фильтр электромагнитных помех представляет собой пассивный фильтр нижних частот, который передает переменный ток в источник питания без затухания и значительно ослабляет электромагнитные помехи, поступающие с переменным током. В то же время он эффективно подавляет электромагнитные помехи, создаваемые силовым оборудованием, чтобы предотвратить их попадание в сеть переменного тока и создание помех другим электронным устройствам.

На приведенном ниже рисунке показана схема типового сетевого фильтра, и его структуру легко понять. Это пассивная сеть, подходящая как для переменного, так и для постоянного тока с двунаправленным подавлением помех. Он размещается между электросетью переменного тока и источником питания, что эквивалентно экранированию электромагнитных помех между ними. Такой простой пассивный фильтр играет роль двустороннего шумоподавления, поэтому он широко применяется в различных электронных устройствах.

Как показано на рисунке выше, C ₁ и C ₂ — дифференциальный конденсатор, обычно называемый X-конденсатором, с подходящей емкостью от 0,01 мкФ до 2,22 мкФ; C ₃ и C ₄ — это синфазный конденсатор, называемый конденсатором Y, с емкостью от нескольких нанофарад (нФ) до десятков. Емкость C ₃ и C ₄ не следует выбирать слишком большой; в противном случае это легко может привести к опасным последствиям, таким как утечка тока из фильтра или даже из корпуса. L — синфазный дроссель, представляющий собой пару катушек, скрученных в одном направлении вокруг одного и того же ферритового кольца, с индуктивностью около нескольких миллигенри (мГн). Для синфазного тока помех магнитные поля, создаваемые двумя катушками, имеют одинаковое направление, а синфазный дроссель имеет больший импеданс и, таким образом, ослабляет сигнал помехи. Для сигнала дифференциального режима (здесь это низкочастотный ток питания) магнитные поля, генерируемые двумя катушками, компенсируются, поэтому функция передачи мощности схемы не затрагивается. Обратите внимание, что это схема одноступенчатого фильтра. Если вам нужен лучший эффект фильтра, можно использовать двухступенчатый фильтр.

Принцип работы сетевого фильтра

Обычно используемые фильтрующие схемы сетевых фильтров имеют пассивную фильтрацию и активную фильтрацию. Основными формами пассивной фильтрации являются емкостная фильтрация, индуктивная фильтрация и комплексная фильтрация (включая инвертированную L-типа, LC-фильтрацию, LC-фильтрацию π-типа и RC-фильтрацию π-типа и т. д.). Основной формой активной фильтрации является активная RC-фильтрация, также известная как электронные фильтры. Величина составляющей пульсаций в электричестве постоянного тока представлена ​​коэффициентом пульсаций S: чем больше значение, тем хуже фильтрующий эффект фильтра.

Коэффициент пульсации (S) = максимальное значение основной волны составляющей переменного тока выходного напряжения / составляющей постоянного тока выходного напряжения стороны питания и нагрузки, тем эффективнее подавление электромагнитных помех (EMI). Конкретный принцип работы заключается в следующем. После выпрямления переменного тока диодом направление одно, но сила тока все равно постоянно меняется. Как правило, этот пульсирующий постоянный ток не используется напрямую для питания. Чтобы преобразовать пульсацию постоянного тока в гладкую форму волны, необходимо сделать одну вещь, а именно фильтрацию. Другими словами, задача фильтров состоит в том, чтобы максимально уменьшить пульсации выходного напряжения выпрямителя и преобразовать их в почти постоянный постоянный ток.

ATO предлагает вам недорогие, но высококачественные сетевые фильтры электромагнитных помех, однофазные 1A, 3A и 6A, трехфазные 1-ступенчатые и 2-ступенчатые 10A, 20A, 30A…

Зачем нам нужен сетевой фильтр и Где его разместить?

Входной модуль EMCInletMedicalPower

В настоящее время практически невозможно выполнить требования стандартов ЭМС. Компоненты Schurter EMC помогут вам в этом.

Мирослав Пискор

Специалист по продукции SOS electronic

Другие статьи автора

Schurter предлагает широкий ассортимент компонентов ЭМС

• Модули ввода питания с фильтром для токов 0,5 до 20A.

• Фильтры ЭМС (1-фазные, 3-фазные переменного и постоянного тока). Самый маленький, 1-фазный, 6A/250VAC FMLB-09 5500.2031 имеет размеры 50x45x28,6мм и весит 116г.
  Один из самых больших — трехфазный, 1100A/520VAC FMAC-0974-K152I с размерами 590x230x200мм и весом 47кг.
• Дроссели с компенсацией тока (1-фазные и 3-фазные) для токов от 0,4 до 50 А.

Большинство модулей ввода питания оснащены системой блокировки V-Lock . Разъем питания оснащен штифтом, который сцепляется с прорезью в модуле ввода питания и, таким образом, надежно предотвращает непреднамеренное выдергивание шнура.

Дополнительную информацию обо всех компонентах ЭМС Schurter можно найти в обзорах PEM, фильтров и дросселей.

Зачем нужен сетевой фильтр?

В настоящее время в электронном оборудовании обычно используется импульсный источник питания и быстродействующая цифровая схема. Такие устройства генерируют высокочастотные напряжения и токи при нормальной работе. Без сетевого фильтра практически невозможно выполнить требования стандартов ЭМС.

Две основные функции сетевого фильтра:

• Предотвращение попадания высокочастотных сигналов внутри устройства во входную линию питания.
• Предотвращение попадания в оборудование системы распределения высокочастотных сигналов (помех).

В настоящее время оборудование информационных технологий (ITE) должно соответствовать требованиям стандарта излучения EN55032 и стандарта помехоустойчивости EN55035 .

EN55032 определяет пределы кондуктивных помех на сетевых клеммах в диапазоне частот от 150 кГц до 30 МГц и излучаемых помех в диапазоне от 30 МГц до 1 ГГц.

 Сетевые фильтры Schurter оптимизированы для частотного диапазона от 150 кГц до 30 МГц, где они обеспечивают наилучшее затухание, но в то же время они также имеют затухание около 20 дБ на частоте 400 МГц, что помогает уменьшить излучение от антенны , создаваемое шнуром питания.

Нормы кондуктивного излучения предназначены для контроля излучения от общественной системы распределения электроэнергии переменного тока, возникающего в результате токов высокой частоты, возвращающихся обратно в линию электропередач. Обычно эти токи слишком малы, чтобы создавать помехи другим устройствам, подключенным к той же линии электропередачи, однако они достаточно велики, чтобы вызвать излучение линии электропередачи и, возможно, стать источником помех, например, для AM-радио.

(Например, EN 55032 требует кондуктивных помех от устройств класса A ≤ 60 дБмкВ = 1 мВ в диапазоне частот от 500 кГц до 30 МГц.)

Сетевой фильтр также эффективно подавляет непрерывные радиочастотные помехи во время испытаний в соответствии с EN 55035 § 4.2.2.3, где РЧ-сигнал 3 В RMS в диапазоне от 150 кГц до 10 МГц, от 3 до 1 В в диапазоне от 10 МГц до 30 МГц и 1 В в диапазоне от 30 МГц до 80 МГц подается в линию электропередачи.

В сочетании с защитой от перенапряжения, фильтр также помогает пройти испытания в соответствии с EN 55035 §4.2.4 – электрические быстрые переходные процессы и EN 55035 §4.2.5 – скачки напряжения.

Где разместить сетевой фильтр?

Эффективность фильтра в равной степени, если не больше, зависит от того, как и где он установлен и как провода проложены к фильтру, чем от электрической конструкции фильтра. На рисунке ниже показаны три распространенные проблемы , связанные с установкой сетевого фильтра, которые значительно снижают его эффективность.

1. Фильтр не установлен в непосредственной близости от места входа силовой линии в корпус. Открытая линия электропередачи (антенна) может улавливать шум от электрических и магнитных полей внутри корпуса.

2. Провод заземления фильтра к корпусу имеет большую индуктивность, что снижает эффективность Y-конденсаторов в фильтре.
Производитель собирает Y-конденсаторы так, чтобы соединение с крышкой имело минимальную индуктивность.

3. Емкостная связь возникает между шумной проводкой от источника питания к фильтру и линией питания переменного тока.

На следующем рисунке показан правильно установленный сетевой фильтр.

Фильтр монтируется там, где линия питания переменного тока входит в корпус, чтобы предотвратить наложение электромагнитного поля на фильтруемую линию питания. Металлический корпус теперь также блокирует любую емкостную связь между входным кабелем фильтра и линией питания с фильтром.

Фильтр монтируется таким образом, что металлический корпус фильтра непосредственно соприкасается с корпусом устройства, что устраняет любую дополнительную индуктивность последовательно с внутренними Y-конденсаторами. Любой провод между корпусом фильтра и корпусом снижает эффективность фильтра из-за его индуктивности.

 

Провода между фильтром и источником питания должны быть проложены близко к корпусу, чтобы свести к минимуму любые наводки. Не прокладывайте входные провода фильтра близко к выходным проводам питания постоянного тока, так как это максимизирует паразитную емкостную связь. Входные провода также должны находиться вдали от любых сигнальных кабелей (особенно цифровых кабелей) и не должны прокладываться над платой цифровой логики или рядом с ней.

Дополнительным усовершенствованием схемы, показанной выше, является установка блока питания рядом с сетевым фильтром.