Входные (сетевые) помехоподавляющие фильтры

Однофазный сетевой фильтр (СФ), относящийся к классу НЧ-фильтров, подавляет высокочастотные (ВЧ) кондуктивные помехи на сетевом входе и выполнен по схеме типового П-образного фильтра C_{X 1}-L_ф- C_{X 2}-- C_{Y 1}, C_{Y 2} (рис. 6а).

а)

(б) (в)

Рисунок 6 – Схема однофазного сетевого П-образного фильтра помех: а) базовая принципиальная схема; б) эквивалентная схема для симметричных кондуктивных помех; в) эквивалентная схема для несимметричных кондуктивных помех.

Фильтр может использоваться в качестве входного каскада источника вторичного электропитания (ИВЭП). СФ осуществляет подавление помех как со стороны сети, так и со стороны объекта. Сетевые фильтры могут либо изготавливаться в виде готовых узлов, либо выполняться на печатной плате из дискретных компонентов (дроссели, помехоподавляющие конденсаторы). Важно то – обстоятельство, что имеется больше возможностей для комплексного подавления сильных электромагнитных помех со стороны объекта (например, ИВЭП). Фильтр на дискретных компонентах обычно используется в источниках питания малой и средней (до 400–500 Вт) мощности. Готовый фильтр, который обеспечивает нормированный коэффициент подавления помех, чаще используется в источниках большой мощности.

Рассмотрим подробнее фильтр, изображенный на рис. 6а. Фильтр такой схемной конфигурации широко распространен, имеет минимум компонентов. При оптимальном выборе параметров компонентов он способен обеспечить высокую степень подавления ВЧ-помех порядка 30–80 дБ в частотном диапазоне 0,15–30 МГц. Конденсаторы C_{X 1} и C_{X 2}, включенные между фазным проводом (L) и проводом нейтрали (N), как отмечалось, предназначены для фильтрации кондуктивной помехи симметричного (дифференциального) вида. Конденсаторы C _Y1 и C_{Y 2}, включенные между фазным и «нейтральным» проводами и зажимом (шиной) заземления (Ground), предназначены для фильтрации кондуктивной помехи несимметричного (общего) вида. Режекторный дроссель L _ф, называемый иногда двухобмоточным трансформатором, выполнен на сердечнике с достаточно высокой магнитной проницаемостью (феррите) и имеет 2 идентичные обмотки (w ₁, w ₂). Обмотки включены последовательно в провода электросети, причем полярность включения обмоток такова, что для несимметричной помехи они имеют большое индуктивное сопротивление, поскольку включены согласно. В то же время для симметричной помехи индуктивное сопротивление обмоток минимально, так как они включены встречно. При качественной намотке (бифилярной или секционной) степень неидентичности индуктивности обмоток принято оценивать значением порядка 1%. R – разрядный резистор.

На рис. 6б и 6в представлены эквивалентные схемы фильтра соответственно для помехи симметричного и помехи несимметричного вида. В качестве индуктивности L '_ф обозначена «остаточная» индуктивность (L '_ф ≈ 0,01 L _ф), обусловленная неидентичностью обмоток дросселя.

Для иллюстрации критериев выбора компонентов фильтра на рис. 7 представлены схемы с учетом паразитных параметров компонентов. Для уточненного расчета вносимого затухания фильтра необходимо знать значения паразитных параметров компонентов. Расчет получается достаточно сложным и выполняется обычно в специальных программах на компьютерах. Можно приближенно выполнить расчет и «вручную», если известны сведения по резонансным частотам конденсаторов и дросселя.

Рисунок 7 – Эквивалентная схема П-образного фильтра с учетом паразитных параметров компонентов

Из рассмотренных схем замещения сетевого фильтра вытекают способы улучшения помехоподавления определенных видов помех. Если требуется повысить эффективность подавления симметричных помех, находящихся обычно в диапазоне частот ниже 500 кГц, можно использовать простые или сдвоенные продольные индук­тивности. Дальнейшего улучшения можно так же достичь увеличе­нием емкости Х -конденсатора или использованием добавочного Х -конденсатора. При асимметричных помехах, которые преимущест­венно лежат в диапазоне частот выше 500 кГц, эффективным явля­ется применение тококомпенсирующего дросселя. Увеличение помехоподавления может быть получено увеличением индуктивности этого дросселя или просто подключением двух таких дросселей.

Исходя из требований безопасности прибора часто нельзя уве­личивать емкость Y -конденсаторов. По этой причине повышение эффективности подавления помех путем увеличения емкости Y -конденсаторов часто невозможно.

Эффективным средством для подавления асимметричных помех является использование дросселя защитного провода.