Фильтр сетевого питания для аудиоаппаратуры

Просто для информации. У меня во время грозы сгорела сетевая карта в компе. Комп был обесточен. Два led светильника в санузле. И прожектор на улице. Все было выключено в этот момент. Кроме того железная дверь треснула лёгким разрядом жену когда она дотронулась до ручки. Когда-то хотел поставить разрядники в щит. Но после той грозы понимаю, что в такой ситуации они не помогли бы

Спасибо, что поделились опытом - это важно и очень полезно. По поводу гроз и формируемых ими грозовых разрядов - понятно, что от прямого попадания не спасет никакой фильтр сетевого питания, но все же, польза от них есть и очень существенная.
Хочу сделать весьма очевидное дополнение, возможно, кто-то упускает эти истины из виду. Любой сетевой фильтр почти бесполезен без качественной шины заземления, так как любой помехе, импульсу перенапряжения, статическому разряду и всему прочему, от чего защищает фильтр, требуется путь утечки.
В лучшем случае - это качественная шина заземления. Если с землей все в порядке, то на долю других путей распространения помехи придет очень малый процент сигнала помехи. А вот если пути утечки нет, то импульс перенапряжения разнесет все, что попадется на его пути.

1 лайк

Затронутая тема про обесточивание оборудования, подключенного после сетевого фильтра, заставила меня отправиться на поиски правильного предохранителя и я остался вполне доволен полученными результатами.
К примеру, немецкая фирма SIBA SIBA - Sicherungen für Energie-, Wind- und Solaranlagen, Leistungselektronik, Industrieelektronik поставляет быстродействующие предохранители, использование которых в подобных устройствах более чем оправданно.
К примеру, предохранитель https://static.chipdip.ru/lib/736/DOC002736700.pdf
обеспечивает размыкание цепи в течение приблизительно 10 мс (согласно datasheet максимальное время 20 мс при превышении номинального тока в 10 раз). Это весьма достойный показатель на который можно ориентироваться.

1 лайк

Близится к завершению работа по изготовлению фильтра сетевого питания для аудиоаппаратуры. Принципиальную схему конечного фильтра подавления электромагнитных помех выкладываю ниже. Основной упор в оконечном фильтре сделан на подавление дифференциальной помехи (мощные помехоподавляющие дроссели L1, L2 и две последовательные ступени фильтрации с помощью синфазных дросселей СМ1, СМ2).

Многие элементы схемы обсуждались ранее, поэтому я не буду заострять на них дополнительное внимание. Схемотехнически модуль разработан из соображений универсальности (даже некоторой избыточности) и применимости в различных устройствах, начиная от слаботочных ЦАП и корректоров и заканчивая мощными внешними фильтрами или усилителями мощности.
Ожидаемый внешний вид печатных плат представлен на фото (сделано с помощью 3D-симуляции gerber-файлов).

При разводке плат учитывалось высокое напряжение и низкий импеданс электропитания, интервал между дорожками выбран в 2,5 мм, что потенциально допустимо на открытых участках примерно до 800 В, на закрытых маской - до 1,5 кВ.
Платы заказаны в производство и в ближайшее время можно будет завершить начатый проект!

4 лайка

Подскажите, пожалуйста, почему отказались от фильтра постоянки и почему не сделали прямые выходы под УМ ?

Не отказывались от фильтра постоянки. Он реализован на другой плате и входит в состав фильтра сетевого питания.

1 лайк

Что Вы понимаете под прямыми выходами для УМ?

Без фильтрации, допустим только с проходом через предохранитель и/или варистор и тп.

Почему на другую плату его перенесли?

Правильный фильтр не вредит УМ. На сколько я понимаю для УМ фильтрация должна быть меньше чем для цифровых источников + должна быть по-толще проволока на дросселях чтобы не ограничивать динамику.

3 лайка

Толстая проволока уменьшает активное сопротивление, а реактивное не меняется… поэтому априори динамика будет ниже, вопрос кому это критично, а кому нет - уже другой

Если Вы посмотрите блок-схему (опубликована выше) строящегося фильтра сетевого питания, то увидите, что фильтр состоит из трех составляющих:

  1. Первичный фильтр подавления электромагнитных помех в составе с модулем защиты от импульсных перенапряжений.
  2. Фильтр постоянной составляющей.
  3. Конечный фильтр подавления электромагнитных помех.

Все эти модули реализованы на разных платах. Это сделано для того, чтобы можно было обеспечить любую конфигурацию применения под любые задачи, различную потребляемую мощность, различное количество выходных каналов и так далее. Обращаю внимание, что в этом проекте пока не обсуждаются входные и выходные терминалы для подключения сетевого питания. Поэтому, если требуется сделать прямой выход, огибающий сетевой фильтр, то это всегда можно сделать путем соответствующего прямого подключения входного и выходного терминала и пропускать это питание через платы фильтра нет никакой необходимости.

1 лайк

Потому что он физически не помещается в составе с другими фильтрами и занимает достаточно много места. Фильтр постоянной составляющей сделан отдельным модулем, так как он имеет весьма специализированное назначение и не нужен при определенных условиях. Это позволяет делать конструкцию фильтра сетевого питания, например, без фильтра постоянной составляющей, если он там не нужен.

Если Вы посмотрите на представленную схему конечного фильтра, то там есть две последовательные ступени фильтрации с помощью синфазных дросселей СМ1, СМ2. Это сделано для ряда различных ситуаций, приведу несколько типовых примеров:

  1. Если фильтр интегрируется в составе устройства у которого есть два и более сетевых трансформаторов, например, анодный трансформатор и трансформатор для низковольтной цифровой части. То можно “развязать” по сетевому питанию эти два узла с помощью синфазных дросселей. В этом случае анодный трансформатор следует запитать с выхода АС “хO1”, а цифровую часть с выхода АС “хO2”.
  2. Экономическая составляющая. Если делается фильтр под заявленных потребителей и нам заранее известно, что нагрузкой будет малочувствительное к помехам или наоборот высокочувствительное к помехам оборудование - это позволяет построить фильтр нужной конфигурации и применить в одном случае, например, прямой выход или один синфазный дроссель, а во втором случае сделать последовательное соединение двух ступеней фильтрации и обеспечить максимальный уровень “развязки” по питанию.

Здесь следует понимать, что всегда есть компромисс. Чем меньше потребляемая мощность, тем выше эффективность фильтра - это закон. Чем выше потребляемая мощность, тем эффективность фильтра ниже, так как для обеспечения работоспособности фильтра придется применять элементы с большими нагрузочными токами и меньшей индуктивностью (если в качестве фильтрующих элементов мы рассматриваем дроссели). И в обратную сторону, если нагрузка фильтра не высока - это дает возможность применения дросселей большей индуктивности, что обеспечит большую степень фильтрации.

На сколько я понял оконечный фильтр разработан для борьбы с дифференциальными помехами. Классический RLC фильтр от дифференциальных помех подразумевает использование проходных дросселей. В данном случае заявлены синфазные дроссели с 2-мя встречными намотками. Чем это обусловлено и как это будет работать?

1 лайк

Вы процитировали не весь текст.
Я написал вот так:
Основной упор в оконечном фильтре сделан на подавление дифференциальной помехи (мощные помехоподавляющие дроссели L1, L2 и две последовательные ступени фильтрации с помощью синфазных дросселей СМ1, СМ2).

В данном случае проходными дросселями являются L1, L2 (тороидальные индукторы 2319-V-RC фирмы BOURNS https://ru.farnell.com/bourns-jw-miller/2319-v-rc/inductor-390uh-5a-15-toroidal/dp/2113051 или MCAPB108020100A-471MU фирмы Multicomp http://www.farnell.com/datasheets/1328452.pdf).
Две последовательные ступени фильтрации с помощью синфазных дросселей и помехоподавляющих конденсаторов класса Х2 (С4-С7) образуют мощный фильтр подавления дифференциальных помех.
Назначение здесь двоякое, с одной стороны - это путь “развязки” нагрузок, находящихся в составе одного устройства, если фильтр, например, интегрируется в какую-то разработку. Я уже приводил пример, когда можно “развязать” сильноточный потребитель в виде анодно-накального трансформатора, запитав его с выводов
АС “L01”, АС “N01”. А слаботочный потребитель, например, в виде цифровой части того же устройства запитать с выводов АС “L02”, АС “N02”.
С другой стороны, если этого не требуется, то назначение последовательных ступеней фильтрации с помощью синфазных дросселей - это один из способов повышения эффективности подавления дифференциальных помех.
Можно посмотреть об этом, например, здесь: https://cloud.mail.ru/public/kqTY/WgpNXKNPs
на странице 44 представленного документа.
Буду рад ответить на Ваши вопросы.

Извините, не заметил в схеме проходные дроссели.
Изучал внутренности во многих серьезных сетевых фильтрах и увидел совершенно разные походы - где-то одни синфазные дроссели, где-то только проходные, где-то больше синфазных , где-то больше проходных. Где-то есть Y конденсаторы, где-то нет (У Вас вроде бы их нет? Соответственно не понятно как без них будет работать фильтр синфазных помех). И только, пожалуй, конденсаторы фильтрации ЭМП есть практически во всех классических фильтрах.

1 лайк

Андрей, в целом методы подавления помех и схемотехника, которая для этого используется, мало чем отличается друг от друга у разных производителей как фильтров, так и аппаратуры. Но я с Вами согласен в том плане, что очень часто в фильтрах различных производителей как бы “не хватает” каких-то элементов, которые там должны быть по определению. Чаще всего это связано либо с экономической выгодой производителя, когда принимается решение, что, например, можно обойтись и без проходных дросселей, которые достаточно дорогие и ограничиться Х2 конденсаторами, которые достаточно дешевые. Либо это связано с компонентной совместимостью устройств, когда производитель закладывает работу одного модуля своего производства с другим модулем своей же реализации, в этом случае сетевой фильтр имеет как бы распределенную структуру и частично реализуется в одном модуле, а его продолжение реализуется в другом. Это также экономически выгоднее, чем делать два полноценных фильтра в каждом модуле. Также это занимает меньшее количество места в составе аппаратуры.

Синфазную помеху целесообразнее всего давить сразу на пути ее появления, нет смысла пропускать синфазную помеху внутрь устройства и работать с ней именно там. Поэтому, наилучший результат подавления синфазной помехи достигается путем размещения Y-конденсаторов непосредственно на разъеме сетевого питания (между фазой и заземлением и между нулем и заземлением) или в непосредственной близости от него. В моей реализации Y-конденсаторы расположены в непосредственной близости от ввода сетевого питания на модуле первичной фильтрации. Посмотрите на схему https://www.dastereo.ru/uploads/default/original/4X/7/3/9/7398d4b95df1ab2cbca5783394e2a030eb2f112d.jpeg
конденсаторы С3, С4 обеспечивают первичное подавление синфазной помехи. Конденсаторы С6, С7 в составе с синфазным дросселем СМ1 образуют классический LC контур для подавления того, с чем не справилась первая пара Y-конденсаторов.
Я еще раз напомню концепцию построения фильта сетевого питания для аудиоаппаратуры:

  1. Фильтр состоит из трех частей: первичный фильтр подавления электромагнитных помех в составе с модулем защиты от импульсных перенапряжений - это главный элемент фильтра, и он обязателен для реализации, так как обеспечивает подавление синфазных помех и в некоторой степени подавление дифференциальных помех.
  2. Фильтр постоянной составляющей - этот элемент фильтра ставится при необходимости и крайне рекомендуется для применения в том случае, если в питаемой аппаратуре есть тороидальные трансформаторы, так как они наиболее чувствительны к данному виду помех.
  3. Конечный фильтр подавления помех - ставится по желанию разработчика и при необходимости максимальной степени подавления помех. В большей степени ориентирован на подавление дифференциальных помех, так как они в меньшей степени были подавлены в первом модуле (в первичном фильтре).
    Модули можно комбинировать между собой и применять в различных вариациях согласно потребляемой мощности и структуры питания аудиоаппаратуры.
2 лайка

Немного продвинулся в теме конструирования фильтра. Решил сделать изоляционные прокладки между модулями, упакованными в общий сэндвич-пакет. Выглядит это сейчас следующим образом.


4 лайка