Это вторая статья, посвященная изготовлению сетевых фильтров, с первой можно ознакомиться здесь. В этот раз я расскажу, как сделать простой, но при этом максимально эффективный и недорогой фильтр для техники с импульсными источниками питания.
ПРОЕКТ «ЧИСТОЕ ПИТАНИЕ — 2»
Схема такого фильтра очень простая, но максимально эффективная, сравнительно недорогая по деталям и поэтому доступная для широкого круга любителей. При проектировании схемы последнему критерию уделялось особое внимание: учитывая нашу экономическую реальность, детали для изготовления фильтра подбирались из самых легкодоступных и недорогих. Простота тоже важна: конструкцию могут повторить в домашних условиях даже те, кто имеет минимальные познания в электронике и умения по части пайки.
Что такое ИИП и как с ним бороться
Но сначала немного теории, для понимания проблемы необходимости дополнительной фильтрации питания компонентов с ИИП. Современная аудио- и видеотехника практически вся оснащена ИИП, пожалуй, лишь AV-ресиверы, некоторые CD-плееры и усилители (и то далеко не все) питаются от линейных источников.
Для начала определим, какой блок питания в вашем аппарате. Это можно сделать двумя способами — найти в интернете фото нужной модели без крышки или снять её самому. Но и без этого ясно, что поголовно все ЖК и плазменные ТВ имеют именно ИИП, то же самое относится и к большинству DVD и BD плееров. Хотя встречаются старые аппараты с двойным питанием, например, Denon DVD 3930 у которого цифровая часть питается от ИИП, а ЦАП — от линейного с обычным трансформатором. Если у вас именно такой плеер, есть реальный практический смысл сделать кое-что самому (или отнести в радиомастерскую) — вывести второй разъем для линейного блока, чтобы фильтровать оба контура раздельно, что существенно повышает качество звучания.
Так выглядит типовой модуль импульсного источника питания
Что же собой представляет ИИП, и почему для него в реальности необходима качественная и эффективная (с применением дросселей высокой индуктивности) фильтрация, которая на практике многими производителями попросту игнорируется? По сути, такой источник является преобразователем DC-DC, в котором выпрямленное сетевое напряжение (примерно 220•1,41 = 310 В) превращается в набор более низких напряжений для питания схем самого устройства. После выпрямителя установлен конденсатор, который сглаживает пульсации напряжения и за счет большой емкости ослабляет помехи, идущие из ИИП в сеть, а также из сети от других устройств с ИИП.
А это схема типового ИИП с входной и выходной фильтрацией напряжения
Преобразователи работают на частотах порядка 40 — 80 кГц и генерируют помехи как на основной частоте, так и на кратных гармониках. На входе ИИП с ними борются с помощью фильтров, состоящих из синфазных дросселей и помехоподавляющих конденсаторов X1, Y2. И хотя сам источник питания даёт в сеть помехи в ослабленном виде, они в неё всё же проникают, а при работе нескольких устройств их уровень может оказаться слишком высоким. Поэтому моя нынешняя статья будет посвящена фильтрации напряжения на входе устройств с ИИП. Может возникнуть вопрос: «Зачем нужна еще одна статья про сетевой фильтр, если в Сети их и так полно?».
Ответ: как правило, там описываются универсальные и, следовательно, недостаточно эффективные схемы. Я же покажу, как сделать максимально простой, дешевый и реально подавляющий помехи фильтр именно для аппаратуры с ИИП.
Второй вопрос, возможно, будет такой: «Может, всё же лучше купить готовый фильтр от известного производителя?» Тут, конечно, решать вам исходя из собственных финансовых возможностей, но помимо цены здесь имеется ещё один не менее важный аспект. Если исследовать сетевые фильтры, которые продаются в магазинах и на Авито ценой до 50000 рублей (благо фото их внутренностей выложены в Сети), можно заметить некоторые обескураживающие моменты. В большинстве подобных изделий не предусмотрена раздельная фильтрация для каждой розетки, т.е. подключенные устройства не изолированы друг от друга по переменному напряжению. В дорогих сетевых кондиционерах типа Powergrip эта проблема решена, но и там, судя по фото, отсутствуют дроссели с большой индуктивностью для маломощных потребителей. Соответственно, такие устройства не настолько эффективны как то, о котором я рассказано ниже.
Дроссель всему голова
Как известно, ключевой деталью, обеспечивающей фильтрацию помех и импульсных выбросов, является синфазный дроссель. Он представляет собой две (иногда три) катушки индуктивности, намотанные на сердечнике из феррита или распыленного железа. Наша задача собрать схему, в которой фильтрация помех для каждого потребителя будет определяться индивидуально с учетом потребляемой мощности, и тем самым для каждого аппарата мы добьёмся максимального подавления помех.
Рис.1 Схема простого фильтра для компонентов с ИИП
Схема предельно проста, без каких-либо хитростей: два конденсатора, резистор и синфазный дроссель. Повторюсь: моей целю было создание не универсального чудо-фильтра, а устройства под совершенно конкретную задачу, сформулированную выше. Как правило, на вход схемы ставят варисторы, и при желании это легко сделать. На самом же деле импульсные выбросы напряжения отлично гасятся и без варисторов, да в самом питаемом аппарате они должны быть на входе ИИП. Кроме того, питать технику очень желательно через стабилизатор, и не обязательно очень дорогой, вполне подойдёт какой-нибудь «Штиль» за 9000 — 10000 руб., если не подключать к нему мощный усилитель.
Представим, что у нас в системе телевизор, DVD или BD-плеер, сетевой проигрыватель со стенным адаптером, усилитель (ресивер) и сабвуфер. Из всего перечисленного лишь два последних компонента могут иметь линейные блоки с сетевым трансформатором (хотя и сабвуфер — вряд ли), и их лучше питать через фильтр, описанный в предыдущей статье.
Все остальные — с ИИП и, в придачу, имеют разную потребляемую мощность. При этом фильтр для телевизора лучше сделать компактным и врезать его в разрыв сетевого шнура ближе к потребителю — так он будет устранять помехи до их выхода из ИИП, и шнур не станет передающей антенной. Схему можно спаять на маленьком кусочке текстолита или прочного картона и после подключения к сетевого проводу заключить в термоусадку. Получившееся утолщение легко спрятать за телевизор.
Разумеется, в DVD или BD-плеере имеется свой сетевой фильтр, но если поставить ещё один, подавление помех будет намного эффективнее. В большинстве компонентов, будь то проигрыватель, ресивер или сабвуфер, вполне достаточно места для размещения простой дополнительной схемы, показанной на рис.1.
Номинал всех резисторов — от 1 до 10 Мом, мощность 1 — 2 Вт. Все конденсаторы ёмкостью 0,1 — 3 мкФ, пленочные, типа Х2 на напряжение 250 В и выше.
Теперь переходим к дросселю синфазных помех. В фабричных фильтрах их обычно ставят на максимальный ток, поэтому индуктивность у них низкая и, соответственно, эффективность тоже. Вот зачем, скажите, фильтровать телевизор, потребляющий 250 ВА, 10-амперным дросселем, от которого почти никакой пользы? В нашем же фильтре исходя из эмпирического количества компонентов будет пять розеток (если вы решили не встраивать фильтры внутрь своих аппаратов или в разрез сетевых шнуров) и, соответственно каждый потребитель будет питаться через индивидуальную схему, в которой синфазный дроссель будет обладает максимальной индуктивностью для данной мощности. После сборки фильтра в целях безопасности нужно промаркировать мощность каждой розетки, чтобы случайно не перегрузить фильтр.
При наличии опыта синфазные дроссели можно сделать самому, но проще купить в специализированном магазине, например в chipdip.ru. Я рекомендую фирменные дроссели EPCOS, поскольку они широко представлены в продаже, у них хорошее соотношение цена/качество и широкий выбор индуктивностей.
Теперь, как подобрать конкретный дроссель для каждого из шести потребителей. Все они рассчитаны на переменное напряжение 220 — 250 В, а вот ток и индуктивность у них разные. Чтобы понять, какие дроссели нам нужны, смотрим на энергопотребление аппаратов, которое указано на шильдиках или в инструкциях. Дальше всё просто: делим ватты на вольты и получаем значение потребляемого тока, на которое должен быть рассчитан дроссель и в номенклатуре производителя находим нужный с максимально возможной индуктивностью. У EPCOS параметры дросселя зашифрованы так: B82734R2172B030, например, означает 2 х 27mH, 1.7А. По таблице в Сети можно найти другие параметры: 0,32 Ом, 250 В, 15 x 12.5 мм, вертикальное исполнение. На момент публикации цена в «Чип и Дип» — 150 р. Такой дроссель при напряжении сети в 220 В способен пропускать до 370 ВА мощности.
Кстати, для ресивера, усилителя с ИИП или сабвуфера имеет смысл использовать измеритель потребляемой мощности, подав на объект исследования музыкальный сигнал с резкими пиками громкости на НЧ. И если намеряете, например, 1500 ВА в пике, что соответствует току 7 А, то и дроссель можно смело ставить на такой же ток, поскольку для них указывается постоянная, а не пиковая нагрузка.
Разумеется, нам понадобятся розетки, примерно такие, как на фото. Я купил в «Озоне» четыре штуки примерно по 300 руб, т.е. в сумме они обошлись в 1200 руб.
Итак, что мы в итоге имеем? Даже если брать дорогой дроссель для многоканального ресивера (например, Kemet SC-15-E50JH, Common Mode Filter, 5.2 мH, 15 A, 1630 руб. в «Чип и Дип»), без учета стоимости корпуса (заказываетcя на AliExpress в зависимости с желаниями и возможностями) вполне можно уложиться в 10 000 рублей и даже меньше.
У меня фильтрация двойная, как на рисунке внизу, и даже такой вариант обойдётся не дороже 15 000 руб., а по эффективности может поспорить с изделиями именитых производителей.
Корпус для был куплен в «Чип и Дип», все индуктивности фирмы EPCOS 6,8 мГн на ток 4А. Конденсаторы EPCOS 0,1мкф типа Х2. Земляной провод также дополнительно отфильтрован дросселем на ферритовом кольце. После сборки детали для надежности залиты эпоксидным клеем.
В результате менее чем за 15 000 руб. получился сетевой фильтр, который качественно и индивидуально работает с каждым потребителем, причем для маломощных компонентов ослабление помех максимальное, что вряд ли смогут обеспечить заводские устройства.
На этом все, желаю успеха в построении фильтра. Вопросы пишите в комментариях, постараюсь отвечать оперативно.
Комментарии [23]
Алексей
Не занимайтесь ерундой купите pilot
Andre
Тоже никогда не мог понять — зачем изобретать велосипед, когда полно готового на любой вкус и кошелек? Сам уже лет 25 как Eaton-oм пользуюсь — и всё за глаза устраивает, о чем-то новом даже не подумываю.
АБ
В статье понятно рассказано, чем фильтр от автора отличается от готовых изделий. А если посчитать затраты на его изделие, то повторить конструкцию может оказаться выгоднее намного.
Что касаемо термина пилот, то сегодня этим словом много чего называют , чаще это коробка с розетками с начинкой «без никто» .
Алексей
Но где гарантия что вы не спалите свою систему
Максим
Аудиофильская максима: усложнение схемы (в т.ч. установка защит) приводит ВСЕГДА к ухудшению звука.
Можно сделать с защитой, но результат будет хуже.
Если хуже от защит не стало, то в сетапе есть другое «бутылочное горлышко» и заниматься этим элементом тракта не было смысла.
Один из простейших твиков аппаратуры: убрать штатный (копеешный) выключатель питания (main switch), который вынуждены ставить по требованию Еврокомиссии, вполне можно получить улучшение в звуке.
Иван
Максим все это то что вы написали как правило оказывает влияние на очень дорогой и соответственно чувствительной аппаратуре. Большинство техники которая имеется у людей до этого уровня абсолютно даже на половину близко не дотягивает. Поэтому ваш комментарий не является абсолютно верным
Иван
Сергей здравствуйте! Пишу Вам ответ по вопросу среза частоты выше 100гц. Судя по вопросам от читателей многие думают что сетевой фильтр работает примерно также как и работает акустический фильтр в колонке но это не так. Итак собственно сетевой фильтр состоит из дросселя и конденсатора. Слишком большой емкости конденсатор ставить вредно поскольку будут большие пусковые токи, и такой фильтр работать нормально не будет. Вообще стандартный сетевой фильтр он не может как низко резать частоты от 100 Гц. Да и для ИБП это не нужно. Насколько мне известно индуктивности для фильтров на достаточную мощный ток (более 2А) мне попадались фирмы kemet и там частота среза была 1кгц, а ток мог достигать 10А индуктивность 14мгн. Стоило это удовольствие в ЧипиДип примерно 2000р, сейчас это наверняка будет стоить тысяч 5. Поэтому если вам нужен сетевой фильтр который будет срезать помехи начиная с частоты 100Гц я бы рекомендовал вам посмотреть мою прошлую статью про фильтр на проходных конденсаторах и сделать такой фильтр только в каждую шину питания поставить не как на схеме у меня 5-7 конденсаторов а штук 15-20 конденсаторов. Вот тогда если исходить из графика который есть в даташите на проходные конденсаторы у вас общая емкость проходных конденсаторов будет 15-20 мкф на каждой шине питания и такая конструкция будет уже вполне реально срезать помехи на частоте 100Гц
Александр Стецура
Скажите это подверждается замерами на осцилляторе? и в тот фильтр возможно включение и источников с ИБП тоже в плане эффективности, или для них лучше отдельный фильтр?
Сергей
Подскажите для чайников, как подбирать номиналы резисторов и кондеров?
Иван Мельников
Сергей по номиналам резисторов — мощность желательно побольше например 2 -5 ватт, сопротивление от 1 мегаом и выше, емкость конденсаторов от 0.1 мкф до 3.3 мкф. Именно в этих пределах емкостей чаще всего продаются пленочные конденсаторы для подавления помех типа Х2. Главное чтобы напряжение было 250в или выше и тип конденсатора был Х2. Забейте насчет этого в поиск в интернете и там вы сразу найдете для себя всю необходимую информацию.
АБ
Уважаемый автор! Если я правильно понял по фото, у вас сеть заведена на 4 параллельно включенных фильтра, выход каждого идет на свою розетку, а не как обычно, по одной общей рельсе , таким образом. исключен обмен помехами между самими потребителями. Верно?
Иван Мельников
да там 4 параллельных фильтра и 4 земляных фильтра на кольцах с индуктивностями
Артем
Подскажите пожалуйста индуктивность земляных фильтров
Иван Мельников
Ответ на вопрос — спасают ли фильтры от помех с частотой 50 гц создаваемых выпрямителями. Итак объясняю: в любом хоть в ИБП хоть в линейном БП всегда есть выпрямитель. И после выпрямителя пульсирующий ток всегда сглаживается от помех и пульсаций на входе непосредственно питающей схемы конденсаторами. В саму питающую сеть данные помехи хоть и проникают но уровень их не большой поскольку питание у аудиоустройств по сравнению например с электродвигателями небольшое. Кроме этого все эти помехи как правило очень хорошо гасятся конденсаторами фильтрации после диодного моста. Поэтому как правило бытовые аудиоустройства каких либо значительных помех на этой частоте не вносят. Обычно помехи могут приходить от холодильников, и стартеров электродвигателей, но как правило те фильтры которые были описаны у меня в двух статьях с такими помехами успешно борются, во всяком случае в интернете можно найти подобные схемы и отзывы об их реальной работе которые люди специально строили и применяли именно для борьбы от помех которые наводились холодильниками.
Иван Мельников
Уважаемые читатели. Вы можете написать тут свои вопросы по возможности в течении суток постараюсь на них ответить.
Сергей Петров
Здравствуйте, Иван. Для определенных проектов мне нужен фильтр, который срезает все гармоник от 100гц и выше. По рассчетам в онлайн калькуляторах необходим дроссель 10мГн и конденсатор 100мкФ, т.е схема с простейшим фильтром. Но я не знаю будет ли это работать на деле.
По вашему мнению какой индуктивности и ёмкости нужен дроссель и конденсатор и какую схему лучше всего применить для фильтрации всего лишнего выше 100гц в сети переменного напряжения? Буду благодарен за ответ.
Иван Мельников
Да кстати хотелось бы еще пояснить что уважаемые читатели перед тем как решиться на покупку готового фабричного фильтра всегда могут посмотреть в интернете фото его внутренностей. Как правило внутри этих фильтров содержание их начинки абсолютно не соответствует цене. Особенно сейчас при текущей экономической ситуации. Поэтому на мой взгляд то что можно сделать своими руками и лучше чем в магазине лучше это сделать самому поскольку как говориться денег лишних не бывает а экономика должна быть экономной…то же кстати и касается и например апгрейда колонок и усилителей. Не спешите менять и избавляться от старой но достаточно хорошей и надежной техники. В большинстве случаев за сравнительно небольшие деньги можно сделать апгрейд (благо умельцев это делать сейчас достаточно много) чем покупать новый аппарат.
АБ
Вот, главная фраза вашей заметки и похоже, что мало кто задумался об этом : приборы в промышленных фильтрах защищены фильтром от сети, но все они сидят на общем выходе фильтра параллельно, обмениваясь роем помех между собой. В то время, как логически верно изолировать их от соседей и от них самих.
То есть, защита нужна в каждой розетке.
Та же проблема возникает и в сетевом трансформаторе, когда помехи от переключения диодов моста в понижающей вторичной обмотке умножаются анодной вторичной обмоткой и лезут в анодную цепь питания.
АБ
За идею доп.фильтрации земляного провода вам поклон. Мудро. Совершенно реальный источник вч помех, откуда не ждали, как говорится.
АБ
Уважаемый Автор. Скажите пожалуйста, проводились ли вами замеры эффективности ваших фильтров и если да, то в какой полосе они работают, сколько звеньев будет достаточно .
Другой вопрос: спасают ли эти фильтры от помех, создаваемых обычными выпрямителями сетевой частоты 50 Герц, лежащими в ином диапазоне. но тоже в достаточно широком.
Иван
Здравствуйте уважаемый АБ. В комментариях ваш вопрос осветить подробно достаточно тяжело, вы можете мне написать на мою почту iva14408957@yandex.ru и я пришлю вам развернутый ответ.
АБ
Спасибо вам за такую возможность!
Иван Мельников
Уважаемый АБ. попытаюсь для Вас и для других читателей ответить на этот вопрос:
1. Вопрос: эффективность фильтра и в какой полосе они работают. — ответ в даташите на дроссели можно увидеть на какой частоте и как работает каждый конкретный дроссель. Обычно такие дроссели работают на частотах 10-16 кгц, т.е ославляют помехи в звуковом диапазоне, но есть например у фирмы KEMET и специфические и достаточно дорогие дроссели которые работают на частотах 1 кгц, 400гц, 50 гц. Но понять насколько хорошо эти дроссели «приживутся» в вашей системе фильтрации можно к сожалению только эмпирическим путем, поскольку системы у всех разные и абсолютно универсального ответа нет.