Загрязнители электропитания или найти и обезвредить сруля

[Yu_alex (Александр)]

Отличная тема, для того чтобы начать понимать что к чему.

Фильтр сетевого питания для аудиоаппаратуры

[2021-02-02 23.56.48] Качественное питание аппаратуры – залог, но не гарант чистого звука! Плохое питание – плохой звук и логика здесь железная! Включать аппаратуру в обычную, неподготовленную сеть питания – это то же самое, что купаться в грязном бассейне. Технически можно, явных противоречий нет, тонуть не станете, плавать тоже получится, но вот будет ли приятно и комфортно, получите ли при этом удовольствие – скорее всего, нет. То же самое касается и нашего драгоценного звука – никто не запрещает использовать обычную сеть питания для аппаратуры, работать будет, играть будет, возможно, даже неплохо, но вот удастся ли при этом получить максимум из возможного? Вопрос риторический… Тема фильтрации сетевого питания очень остро стоит для любого пользователя электронной техники (т.е. для каждого человека). Для пользователей аудиоаппаратуры этот вопрос актуальнее как минимум на порядок, а то и выше, так как помимо критериев работоспособности аппаратуры добавляются еще эмоциональные критерии получения удовольствия от использования этой аппаратуры (система должна не просто работать, она должна «звучать» и доставлять наслаждение своим слушателям). Мои рассуждения в большей степени относятся к сравнительно бюджетной аппаратуре (хотя и Accuphase приходилось разбирать) и возможно, если вы владелец премиальной аудиоаппаратуры, то описанные здесь проблемы вам никогда не будут близки. С аудиоаппаратурой премиум класса не приходилось сталкиваться столь часто, чтобы сделать какие-то значимые для этого выводы. Различные «занудства» спрятал под спойлер, дабы не отпугнуть читателя огромным количеством предстоящего чтения. Моя инженерная практика показывает, что очень часто даже именитые производители электронной техники (аудиоаппаратура в том числе) грешат «экономической выгодой» и для того, чтобы сделать свое устройство дешевле, не устанавливают в него электронные компоненты, которые предусмотрены схемотехнически и были установлены при сертификации продукции, но не являются критически важными для его работы. Очень часто в эту категорию попадают электронные компоненты, отвечающие за электромагнитную совместимость (ЭМС), фильтрацию сетевого питания и т.п. И после такой «кастрации» устройство превращается в облегченную «lite» версию, которая работает, но полноценной уже не является. Проблема усугубляется еще и тем, что обычно это делается коллективно и независимо друг от друга.

Вот, к примеру, частая типовая ситуация:

Производители промышленного помехоподавляющего фильтра или стабилизатора сетевого напряжения решили, что им можно сэкономить и не установили часть деталей, отвечающих за лучшую фильтрацию напряжения от помех. Пользователь в свою очередь приобрел такой фильтр и подключил к нему аудиоаппаратуру, которая оказалась версии «lite» (смотри выше) и которая тоже оказалась без установленных цепей фильтрации. И что мы имеем в итоге? Фильтр есть, цепи фильтрации в аудиоаппаратуре тоже как бы предусмотрены, а по факту грязная сеть «пролазит» напрямую в аудиоаппаратуру, и запланированные цели не достигнуты, так как по факту фильтра по-прежнему нет.

Для своих конструкций я использовал различные промышленные образцы сетевых фильтров, но каждый раз видя их несовершенство или недоделанность, во мне просыпался внутренний маньяк, который шептал на ухо – хочешь хорошо, сделай сам, иначе не найдешь удовлетворения в этих неполноценных сборках. Для чего мы этим всем занимаемся? Ответ очевиден – для нашего звука! Так вот терпение от применения промышленных фильтров у меня закончилось, и я решил сделать все по своим убеждениям. Так что, поехали! Сегодня речь пойдет о новом DIY-модуле (модуль защиты от импульсных перенапряжений + первичный фильтр подавления электромагнитных помех), звучит устрашающе (сам в шоке!), но не пугайтесь, все не так страшно, как кажется, особенно, если попытаться разобраться во всем по порядку. Этот модуль стоит в авангарде при формировании фильтра сетевого питания и принимает на себя самый жёсткий удар со стороны импульсных перенапряжений, помех и прочей нечисти, пытающейся пролезть в нашу аппаратуру из сети питания. Ну а теперь предлагаю перейти к сути проблемы (без занудства) и разобраться, что мы можем сделать для того, чтобы оградить нашу аппаратуру от различного неблагоприятного воздействия извне.

Тут необходимо сделать некоторое уточнение.

Изначально, когда мы пишем «оградить извне», мы подразумеваем, что внешняя среда питания – это грязь, шумы и помехи, от которых мы ограждаемся с помощью фильтра, а внутренняя среда – это некоторая комфортная зона, которую мы создаем для нашей аппаратуры. На самом деле все обстоит немного иначе. Следует понимать, что помехоподавляющие фильтры (по крайней мере те, что мы будем обсуждать здесь) устройства симметричные, двусторонние и почти одинаково работают со входа на выход и обратно. В этом есть много положительных качеств, например, «развязка» оборудования одного типа (к примеру, устройства с импульсными источниками питания, различная мультимедийная техника, это может быть ЖК-телевизор, различные сетевые проигрыватели, хранилища аудио/видео файлов и другое импульсно/цифровое оборудование) от шумов и помех оборудования другого типа (к примеру, аналоговых устройств, устройств с линейными источниками питания, различных усилителей, фонокорректоров и так далее).

Фактически, грамотно спроектированный фильтр не только защищает аппаратуру от помех, приходящих из сети питания, он также защищает сеть от этой аппаратуры и не пропускает шумы и помехи аппаратуры обратно в сеть («развязывает» разноклассовую аппаратуру друг от друга, не позволяя одним воздействовать на другие). Блок схема предлагаемого фильтра сетевого питания для аудиоаппаратуры представлена ниже. [1] Фильтр сетевого питания для аудиоаппаратуры Стоит обратить особое внимание, что данный фильтр – это пассивное устройство (без активных цепей стабилизации напряжения, преобразования напряжения (регенераторы мощности, корректоры коэффициента мощности и т.д.)), обеспечивающее защиту и фильтрацию цепей питания аппаратуры с помощью комбинации трех типов модулей (тоже пассивных): Модуль защиты от импульсных перенапряжений + первичный фильтр подавления электромагнитных помех (обычно устанавливается только один, если потребляемая мощность более 1 кВт требуется установка двух и более модулей); Фильтр постоянной составляющей сетевого напряжения питания (эту тему мы подробно обсуждали здесь: Фильтр постоянной составляющей сетевого напряжения питания); Конечный фильтр подавления электромагнитных помех (устанавливается нужное количество или не устанавливается совсем). Модульная структура построения фильтра сетевого питания (да и любого другого устройства) обладает дополнительными преимуществами перед функционально завершенным изделием за счет простого способа изменения структуры устройства: модули можно комбинировать (изменять их расположение и количество), дополнять другими модулями (изменять функционал устройства) и т.д.

В качестве примера, можно использовать дополнительные промежуточные модули:

контроля перенапряжений и недонапряжений; измерений (тока, напряжения, мощности) и индикации; гальванической (трансформаторной) развязки; коммутации (обеспечения последовательности включения/выключения) и др.

Ну а теперь, когда у нас появилось понимание поставленной задачи, предлагаю перейти к первой части фильтра сетевого питания для аппаратуры – к модулю защиты от импульсных перенапряжений/первичному фильтру подавления электромагнитных помех. Для правильной работы фильтра необходимо определиться со следующими факторами, от которых зависит дальнейшая структура его построения: питание фильтра будет осуществляться от трехпроводной (L, N, PE (Ground)) сети (предпочтительно) или от двухпроводной сети (L, N)? фильтр будет внешним независимым устройством или будет интегрироваться в схемотехнику разрабатываемого устройства? Если вы готовы дать ответы на эти два простых вопроса, то дальше вам будет проще разобраться в заложенном функционале модуля. Полная схема связей модуля представлена ниже.

Что значит полная схема связей?

Это значит, что некоторые элементы, указанные на этой схеме, дублируют друг друга. Это делается для того, чтобы в зависимости от поставленной задачи можно было применить различные элементы (разной мощности, цоколёвки, размеров и так далее). Это значит, что в реальной схеме устанавливаются не все элементы, а только некоторая часть, которая обеспечивает решение поставленной задачи, но разработчик заложил на плату множество вариантов и реализовал их с помощью дублирования.

[2_Main EMI-filter_Общая схема связей] Чтобы разобраться, что к чему – прочитайте описание схемы. Описание схемы:

1. Ввод сетевого питания.

Подключение сетевого питания (AC «L» - фаза, AC «N» - нейтраль, Ground – защитное заземление) осуществляется к винтовым разъемам J1, J8, J10 соответственно. Если вы предпочитаете разъемы ножевого типа, то следует использовать дублирующие разъемы J2, J7, J9 соответственно. Сторонники паяных соединений могут использовать соответствующие отверстия, изначально предназначенные для разъемов, для припаивания проводов. Обратите внимание! По правилам электробезопасности, соединение защитного заземления с корпусом прибора должно осуществляться в непосредственной близости от ввода сетевого питания неразъемным соединением. Показанный на схеме провод защитного заземления должен быть подключен к месту соединения входной защитной земли с корпусом прибора.

2. Включение/выключение модуля и связанного с ним оборудования.

В случае если коммутация сетевого питания находится где-то за пределами представленной схемы, ничего, кроме подключения цепей фазы, нейтрали и защитного заземления делать не нужно. Искрогасящие цепи R1C1 не устанавливаются. В случае если необходимо организовать включение/выключение модуля и связанного с ним оборудования, то для этой цели предусмотрены винтовые разъемы J4, J6 или дублирующие ножевые разъемы J3, J5. R1C1 представляют собой искрогасящую цепь для защиты цепей выключателя от обгорания и д…