Ни для кого не секрет, что импульсные блоки питания вошли в нашу жизнь надолго и прочно. Сфера их применения затрагивает многие области радиотехники, от бытовой и компьютерной до промышленной техники.
По сравнению с трансформаторными блоками питания импульсные блоки питания имеют ряд преимуществ. К таковым относятся меньшие габариты и вес за счет отсутствия силового трансформатора, более высокий КПД, который может достигать 95-98%, возможность работать в широком диапазоне входных напряжений в зависимости от типа используемой первичной сети. Несмотря на достоинства, импульсные блоки питания являются источниками кондуктивных электромагнитных помех, протекающих по электрическим проводникам. Так же сами источники довольно восприимчивы к влиянию внешних помех.
Каким же образом возникает кондуктивная помеха? Тут надо отметить, что в схемотехнике импульсных блоков питания принято различать дифференциальную (симметричную) и синфазную (несимметричную) составляющие помехи. Дифференциальная (симметричная) составляющая измеряется между фазовым L и нейтральным N проводами. Синфазная (несимметричная) составляющая измеряется между сетевым (фазным L или нейтральным N) и защитным заземлением PE.
На схеме ниже показаны паразитные токи, протекающие в первичных цепях импульсного источника питания.
После включения устройства высокочастотный импульсный ток i_DM протекает по первичной цепи с рабочей частотой импульсного преобразователя, что вызывает дифференциальную помеху. Причиной его появления является быстрая коммутация полупроводниковых ключей, обычно силовых транзисторов. Ток дифференциальной помехи протекает от сети питания по цепи L через диодный мост, затем через первичную обмотку импульсного трансформатора, транзистор и по нейтральному проводнику N возвращается в сеть.
Силовой транзистор греется в процессе работы, поэтому его устанавливают на радиатор. В свою очередь, радиатор соединен с проводником защитного заземления РЕ. Возникшая паразитная емкость между радиатором и транзистором приводит к возникновению тока утечки, что создает синфазную помеху. Ток синфазной помехи i_CM протекает по цепи заземления РЕ к входу источника питания, где через паразитную емкостную связь между токоведущими проводниками возвращается по фазному L и нейтральному N проводникам. Далее ток синфазной помехи i_CM протекает через диодный мост и транзистор, откуда он снова через паразитную емкость с радиатором попадает на проводник заземления РЕ.
Как же побороть эти помехи? Тут необходимо отметить, что наилучшим средством снижения уровня помех считается устранение их в местах возникновения, то есть на входе импульсного блока питания.
Для подавления помех используются специальные фильтры. Они называются СЕТЕВЫМИ. Их устанавливают между внешней сетью и импульсным блоком питания. Сетевой фильтр может быть в составе импульсного блока питания или отдельным устройством. Простой однозвенный фильтр состоит из одного Х-конденсатора, дросселя и двух Y-конденсаторов.
Х-конденсатор подключаются между фазовым L и нейтральным N проводами. Служит для снижения уровня дифференциальных (симметричных) помех. К этим конденсаторам предъявляются особо высокие требования - выдерживать сильные всплески напряжения в сети, устойчивость к воспламеняемости. Емкость Х-конденсаторов в сетевых фильтрах выбирается в пределах от 0,1 до 2 мкФ, в зависимости от мощности блока питания, частоты и уровня помех.
Y-конденсаторы подключаются между сетевым (фазным L или нейтральным N) и защитным заземлением PE сети питания. Они предназначены, в первую очередь, для подавления синфазных (несимметричных) помех.
К Y-конденсаторам предъявляются высокие требованиям по электрической и механической прочности, они должны выдерживать большие пиковые напряжения. Через Y-конденсаторы происходит утечка тока в защитный проводник PE. Поэтому емкость выбирают небольшую, от 470 пФ до 10 нФ,
в зависимости от мощности блока питания.
Дроссель - один из наиболее часто применяемых элементов в помехоподавляющих сетевых фильтрах. Конструктивно он состоит из сердечника с двумя обмотками с одинаковым числом витков, намотанных компенсирующе (бифилярно). Предназначен для снижения уровня синфазных (несимметричных) помех. Диапазон возможных значений индуктивности дросселей составляет от 1,0 мГн до 22 мГн, в зависимости от мощности блока питания.
Так как же работает сетевой фильт?
Если со стороны сети действует симметричная помеха, то основное ограничивающие действие на нее оказывает Х-конденсатор. Ток сети и помеха, проходя через дроссель, создают одинаковые, но противоположные по направлению магнитные потоки в нем. Это приводит к уменьшению индуктивности дросселя, благодаря чему он практически не оказывает сопротивления симметричной помехе. Со стороны выхода происходит дальнейшее подавление помехи благодаря наличию Y-конденсаторов. Однако вследствие их относительно малой емкости их ограничивающие действие оказывается не столь существенным.
Если со стороны сети действует несимметричная помеха, то она эффективно подавляется, в первую очередь, за счет дросселя. При воздействии такой помехи на дроссель его индуктивность возрастает и оказывает большое сопротивление помехе. Эффективность подавления несимметричных помех повышается благодаря Y-конденсаторам.
Еще один немаловажный вопрос, как увеличить эффективность сетевого фильтра?
Одним из способов является увеличение емкости Х-конденсатора или использование добавочного Х-конденсатора. Но таким образом увеличится эффективность подавления только симметричной помехи. Поэтому наилучшим способом является увеличение количества звеньев фильтра.
На моем канале есть видео, где наглядно показано, как работают сетевые фильтры - https://dzen.ru/video/watch/653e506e2c8d9743387862f6.
Также рекомендую посмотреть видео про имитаторы помех - https://dzen.ru/video/watch/653e5338ddf49d7b28cc44fb.
Если статья была полезной, поставьте лайк и подпишитесь на канал.
