Сетевой фильтр - это пассивное устройство с тремя функциями:
- защита от перенапряжений и перегрузок по току
- защита нагрузки от внешних помех
- защита сети от помех нагрузки (улучшение ЭМС)
Рассмотрим схему-максимум и выясним что и зачем надо :)
1) Защита по току
Плавкие предохранители FU1 и FU2 предназначены для защиты питающей сети от перегрузок по току, возникающих при коротких замыканиях, бросках тока или неисправностях в устройстве. Можно ограничиться, в принципе, и одним, но парочка надежнее все же.
Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать напряжению сети 220-240 В.
Номинальный рабочий ток - это тот, при котором предохранитель не будет срабатывать. Большинство предохранителей начинают срабатывать при токе в три-четыре раза больше номинального тока плавкой вставки (при меньшем он будет срабатывать дооолго, и устройство успеет сгореть), информация об этом должна быть в документации.
2) Защита при запуске
Если у фильтра в качестве нагрузки будет диодный выпрямитель с большим сглаживающим конденсатором, в начальный момент включения тот начнет заряжаться большим током.
Чтобы защитить компоненты и сеть от резкого броска тока, можно ограничить ток заряда - поставить последовательно входу фильтра сопротивление в несколько Ом. Но после включения на нем будет теряться энергия...
Решением может быть термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). В начальный момент времени он "холодный" и сопротивление равно номинальному, через некоторое время, после прогрева током, сопротивление значительно снижается (до мОм).
Нужно выбирать модели не для измерения температуры, а для ограничения пусковых токов - их сопротивления находятся в диапазоне 0,2-50 Ом, а номинальные токи, напряжения и рассеиваемые мощности подходят для подключения к сети.
При выборе необходимо посмотреть не только на максимальные ток и напряжение, но и на емкость заряжаемого конденсатора, если она будет слишком большой, термистор может и сгореть.
3) Защита от перенапряжений
Для защиты от перенапряжений чаще всего используются варисторы - резисторы, сопротивление которых резко снижается с сотен МОм до десятка Ом, когда напряжение на них превышает пороговое.
При скачке напряжения варистор по сути шунтирует нагрузку, рассеивая на себе энергию помехи в виде тепла.
Основные характеристики - пороговое напряжение (обычно выбирают в диапазоне 275...450 В для напряжения сети 220-240 В), поглощаемая энергия (чем больше, тем большую помеху выдержит варистор) и время срабатывания (чем быстрее сработает, тем лучше для нашей схемы).
Иногда вместо варисторов используют супрессоры, но редко, потому что они дороже.
Их "механизм" защиты такой же, как у варисторов - на пороговом напряжении происходит пробой, их проводимость увеличивается, и помеха рассеивается на защитном диоде.
Подробнее о них можно узнать в моей статье про защиту от статического напряжения.
4) Фильтрация синфазных помех
Синфазные помехи возникают на обоих проводах - и на фазе, и на нейтрали.
Основной вклад в фильтрацию этого типа помех вносит синфазный дроссель TV1.
Он имеет две обмотки, намотанные на общий сердечник (обычно это ферритовое кольцо). Когда через них течет синфазный ток, он создает общий магнитный поток, импеданс дросселя возрастает, помеха гасится.
Когда ток течет "дифференциально" (ну, как в сети), магнитные потоки фазного и нулевого провода направлены противоположно и взаимоуничтожают друг друга. Ток сети проходит беспрепятственно.
Для подавления синфазных помех также служат конденсаторы, подключенные к заземлению (С1, С2, С7, С8). Тут все просто: для высокочастотной помехи конденсатор обладает очень малым импедансом, и она через него утекает в цепь заземления.
Чаще всего используются полипропиленовые конденсаторы (MKP) с номинальными напряжениями в сотни вольт и емкостью 1...10 нФ.
Если стоят очень жесткие требования к электромагнитной совместимости, в схеме может быть несколько синфазных фильтров, включенных последовательно друг за другом.
5) Фильтрация противофазных помех
Противофазная помеха (называемая иногда также дифференциальной), возникает только на одном из проводов (фазе).
Они фильтруются конденсаторами, установленными между фазой и нулем (С4, С5). Они попросту шунтируют высокочастотную помеху. Их емкость обычно выбирается из диапазон 0,1...1 мкФ.
Иногда для дополнительной фильтрации последовательно ставят дроссели (L1, L2) индуктивностью 10...1000 мкГн.
Напоследок отрисую схему-минимум без защитного заземления и "лишних" деталей. Конструкции подобного толка можно встретить чаще всего.
Закончим цитатой классика: "Пиво может быть и нефильтрованным, но напряжение обязано быть таковым".
