Сетевые фильтры и помехоподавляющие конденсаторы

Опубликовано в рубрике "Источники питания,Электроника", 17 сентября, 2009.
Тэги: , , , , , , автор:
В сетевых фильтрах часто используют хитрые конденсаторы с непонятными многим надписями — X1, Y2 итп. Это — помехоподавляющие конденсаторы. Разобраться в том, зачем они нужны и чем отличаются от «просто конденсаторов» поможет эта статья. image Помех в сети всегда хватало — сначала они появлялись от щеточных двигателей, а теперь их в промышленных масштабах производят импульсные блоки питания. То, что помехи — это плохо, лишний раз распинаться не стоит. Сетевое напряжения в крайних случаях выглядит как-то вот так: image Видно, что это сильно отличается от синусоиды, которая там должна быть. Для того, чтобы избавиться от помех, нужно сформировать беспрепятственный путь, по которому ток помехи может вернутся к источнику. Обычно такой путь, по закону Мерфи, лежит через самое чувствительное оборудование.

Наша задача сделать так, чтобы помехам не «захотелось» залазить в «нежные места» наших схем, но дать току помех течь туда, куда он «хотел» течь (в нейтраль, к примеру).  С другой стороны, можно не доводить сеть до плачевного состояния, не выпуская помехи за пределы устройства.

image

Для того, чтобы уменьшить помехи, применяют фильтры. Тип фильтра и даже его расположение зависит от конкретного случая. К примеру, если помехи создаются одним источником (двигателем, например), то лучше всего поместить фильтр поближе к этому источнику – замкнуть ток помехи (как на рисунке выше).

Если помехи создаются распределенной схемой в металлическом корпусе (компьютерный блок питания), то фильтр лучше поместить как можно ближе к сетевому шнуру – замкнуть ток помехи внутри корпуса и соединить корпус с самым “чистым” местом схемы, чтобы он сам не излучал.

На рисунке – типичная схема фильтра компьютерного блока питания. Красным показан путь излучаемой помехи, а зеленым – помехи, передающейся по проводам.

image

Помеха имеет две составляющих – синфазную и противофазную.

Противофазная составляющая помехи — это напряжение помехи между фазой и нейтралью. Для ее подавления используются конденсаторы типа X. Само название X происходит от английского “across-the-line”, буква X похожа на крест (“cross”). На рисунке выше, это конденсатор – C1.

image

К этим конденсаторам предъявляются такие требования – они должны выдерживать максимально допустимые в сети всплески, не загораться при выходе из строя и не поддерживать горение.

Сейчас используются два основных подкласса X-конденсаторов – X1 и X2.

  • X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4кВ.
  • X2 – самый распространенный класс конденсаторов. Используется в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250В, выдерживают всплеск до 2.5кВ.

Емкость X конденсаторов варьируется от 0.1мкФ до 1мкФ. Какую емкость нужно выбрать для данного конкретного прибора можно выяснить только с осциллографом.

Синфазная составляющая помехи — это напряжение помехи между обоими сетевыми проводами и корпусом устройства. Понять, что это такое и зачем нужно немного сложнее.image

Рассмотрим типичный импульсный источник питания. Между первичной и вторичной обмоткой трансформатора T1 всегда есть паразитная емкость (нарисована зелененьким). Представим, что конденсатора C7 пока нет. Высокочастотные пульсации беспрепятственно проникают со стока транзистора (самое шумное место схемы!) на вторичную обмотку через зелененькую емкость. Таким образом, на всей выходной части блока питания присутствуют пульсации (с частотой блока питания) относительно заземления и обоих сетевых проводов. Напряжение эти пульсаций может доходить до тысяч вольт. Наш мега-чувствительный прибор будет излучать эти пульсации в эфир, а излучать помехи – это тоже самое, что ловить помехи только с обратным знаком. Прибору будет плохо.

Теперь добавим конденсатор C7. Ток помехи, который просочился через зеленый конденсатор теперь может вернуться туда, откуда взялся по более короткому и менее сложному пути, чем в предыдущем случае и в наш мега-чувствительный прибор ему больше течь не хочется!

Заметьте, что конденсатор C7 теперь связывает сеть с выходом блока питания! Но ведь это-же опасно! Человек, который дотронется одновременно к выходу такого блока питания (к корпусу устройства) и к заземлению (к батареи отопления, к примеру), получит заметный, но не страшный удар. А что будет, если конденсатор C7 сломается? Правильно, выход блока питания станет “электрическим стулом”. Именно поэтому и сделали конденсаторы типа Y – они предназначены для работы в тех местах, где выход их из строя угрожает жизни людей.

image

Конденсаторы Y – типа делятся на 2 основных класса

  • Y1 – Работают при номинальном сетевом напряжении до 250В и выдерживают импульсное напряжение до 8кВ
  • Y2 – Самый популярный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250В и выдерживает импульсы в 5кВ
Теперь немного фактов.
  • Конденсаторы Y типа можно использовать вместо конденсаторов X типа, но нельзя использовать конденсаторы X типа вместо конденсаторов Y типа.
  • Конденсаторы Y типа имеют обычно намного меньшую емкость, чем конденсаторы X типа.
  • Если для конденсаторов X типа чем больше емкости, тем лучше, то емкость конденсаторов Y типа нужно выбирать как можно меньшей. Типичное значение 2.2нФ уже прилично бьется, если хватануться за выход БП и за батарею.
  • Несмотря на все меры безопасности, производители рекомендуют вынимать вилку из розетки, когда вы на долго покидаете дом.

Рекомендую также почитать документ

CAPACITORS FOR RFI SUPPRESSION OF THE AC LINE: BASIC FACTS



Комментарии
  1. CS написал(а) 18 декабря, 2009 в 11:27

    Большое спасибо за статью! У меня тут красиво USB выгорело на ноуте (ссылка тут http://cs-cs.net/xrenovoe-zazemlenie-ili-sgorevshij-usb-port), оказалось — блок питания (описалово тут http://cs-cs.net/bloki-pitaniya-mean-well) как раз собран по схеме, аналогичной указанной у Вас в статье, где указано про C7. Только у Mean Well’а он подключён между минусом выхода питания и PE-проводником («заземляющий»). В итоге выход получается связан с корпусом, который в моём случае был незаземлён — и порт выжгло.

    Вопрос такой — можно часть Ваших материалов с прямой ссылкой на оригинал (эту страницу) немного перефразировать и дописать к себе в блог?..

    BSVi Reply:

    Можно, но с запретом комментировать мои материалы на вашей страничке и со ссылкой «все комментарии по материалам данной статьи оставляйте тут < ссылка на эту статью>«

    CS Reply:

    Хорошо. К вечеру (по Московскому времени) будет готов черновик — перед публикацией покажу Вам.

  2. CS написал(а) 18 декабря, 2009 в 14:06

    > Человек, который дотронется одновременно к выходу такого блока питания
    > (к корпусу устройства) и к заземлению (к батареи отопления, к примеру),
    > получит заметный, но не страшный удар.
    Кстати! И не сказано даже, что с этим делать! ;) В смысле — как проектировать устройства или защищать(ся) пользователя от этого.

    BSVi Reply:

    Да очень просто — использовать трехпроводную сеть.

    CS Reply:

    Ну можно бы и указать, специально. на МастерСити была тема, там это обсуждали вот в таком ключе http://www.mastercity.ru/vforum/showpost.php?p=742724&postcount=34 — собственно оттуда я и пришёл ;)

  3. SchDoc написал(а) 29 июля, 2010 в 11:27

    Вот прямо сейчас мне нужно вткнуть между первичной и вторичной обмоткой импульсного трансформатора БП конденсатор MKP Y1 1nF 275V, но у меня его нет, а есть конденсатор высоковольтный керамический (не многослойный) 1nF 3kV (ну может найду на 5kV).

    Я могу сделать данную замену ?
    И что изменится в параметрах на выходе БП (в смысле шума) ?

    BSVi Reply:

    >Я могу сделать данную замену ?
    Нет, БП не пройдет аттестацию

    >И что изменится в параметрах на выходе БП (в смысле шума) ?
    Ничего.

  4. vanovanov написал(а) 1 декабря, 2010 в 14:33

    «Наша задача сделать так, чтобы помехам не «захотелось» ЗАЛАЗИТЬ в «нежные места» наших схем, но дать току помех течь туда, куда он «хотел» течь (в нейтраль, к примеру). С другой стороны, можно не доводить сеть до плачевного состояния, не выпуская помехи за пределы устройства.»

    Правильнее будет залезать.

    BSVi Reply:

    Дык у меняж образования — два класса церковно-приходской школы, куда мне до таких тонкостей…

  5. Backspace написал(а) 17 ноября, 2011 в 21:11

    После прочтения статьи возникло несколько вопросов:
    1. Какие существуют стандарты для данных фильтров? Интересно было бы узнать номера ГОСТов для подобных фильтров, и подробности их тестирования(я где-то слышал, что фильтр могут «развернуть» на тестировании, даже если номиналы элементов соответствовали расчетным, а корпуса не было и излученные другой схемой помехи уловились проводами/дорожками фильтра).
    2. Сетевой фильтр не будет влиять на бустер, установленный сразу после него? Допустим, решил я сделать коррекцию коэффициента мощности к импульснику. Работу бустера установил на той же частоте, что и основной схемы. Тогда получается, что фильтр, который должен гасить помехи от основной схемы, будет мешать и работе корректора. Или нет?

  6. vitimo написал(а) 20 ноября, 2011 в 17:23

    Приведенная схема не совершенна с точки зрения монтажа.
    Точнее неточностей указаний правила намотки транса.
    Вывод 1 включен правильно ближе к блокируюшей емкости С1 питания и корпуса входа.
    1)Вывод 7 логичнее чтобы был тоже ближе к корпусу входа, тоесть ближе к емкости вывода 1. Для этого достаточно изменить направления намотки.
    Вообше точка это начало намотки.
    2)Поскольку обратная связь находится обычно в верхнем слое то и вывод 4 должен находится ближе к выводу вторичной обмотки выводу 8.
    Это правило если первичная обмотка не разделена на верхний и нижний слой
    и не использованны экранируюшие слои из фольги меж первичкой и вторичкой.
    Кажись так.

  7. caller написал(а) 23 декабря, 2011 в 15:44

    Слушаю радиоприёмник на ДВ, СВ и КВ диапазонах. Сильные помехи создают: лампа настольная неоновая с дросселем, зарядные устройства к мобильникам, мини-блоки питания, щёточный вентилятор, безперебойник для компа. Все эти устройства соединены общими сетевыми проводами 220 В. Верно ли я понял:
    1. конденсатор Х1 нужно подключать параллельно электрической вилке каждого устройства.
    2. Достаточно ли будет подключить параллельно всей сети всего один конденсатор Х1 в любом месте сети, ведь все устройства и так подключены параллельно конденсатору и друг другу?
    3. Может ли Х1 закоротиться и тем самым вызвать пожар? Или же тогда придётся его ставить после выключателя?

    BSVi Reply:

    1. Ага. Особенно — шумящих устройств.
    2. Нет, не достаточно, у проводов сети есть индуктивность.
    3. Нет, они специально делаются так, чтобы не коротиться, а если коротнется — не загораться.

  8. ax-9 написал(а) 24 января, 2012 в 11:58

    А в резонансных контурах тесла или в индуктивных грелках реально использовать такие, х2 капы?

    BSVi Reply:

    Да, народ использует. По крайней мере, в грелках — точно.

    ax-9 Reply:

    Спасибо=)

  9. caller написал(а) 7 февраля, 2012 в 16:37

    Есть обычная розетка на 220 В. Фаза, Ноль, Земля.
    Для шумоподавления устанавливаем конденсатор между Ф и Н.
    Имеет ли смысл ставить дополнительно кондёр Х2 между Ф и З, между Н и З?

  10. Nikopolll написал(а) 5 апреля, 2012 в 3:07

    Приветствую) Есть схема усилка на TDA2616, хочу на него фильтр шума поверить в виде сдвоенный дроссель + кондер типа X2. Вопрос:
    1. Чем больше емкость тем лучше?? Есть какие формулы расчета номинала помехоподавляющих конденсаторов?
    2. Зависит ли выбор дросселя от выбранного кондера?
    3. можно ли зацепить эту схему на вторичную обмотку силового трансформатора? если да то какие необходимо использовать номиналы(как рассчитать)?
    Заранее благодарен)

    BSVi Reply:

    1. Не совсем. Сильно польшая емкость будет биться током, когда будешь прикасаться к винлке. Формул не знаю, можешь просто в симуляторе посчитать.
    2. Да, чем больше дроссель, тем меньше можно поставить емкость и наоборот.
    3. Без проблем. Рассчитать — так-же, в симуляторе.

    Nikopolll Reply:

    Спасибо)

  11. Anna написал(а) 5 апреля, 2013 в 22:04

    Здравствуйте!Подскажите, пожалуйста, что можно сделать в такой ситуации. У меня на оверлоке стоит привод FDM, педаль угольная.Когда я шью на нем, то на мой телевизор помехи не идут, а сосед снизу говорит, что на его телевизор идут такие помехи, что смотреть невозможно. Может быть для защиты от помех в педали должен стоять конденсатор? Какой?

    BSVi Reply:

    Скорее, не педаль виновата, а схема контроля оборотов двигателя. Есть две возможности — она передает помехи по сети, и тогда, да, там не хватает x2 конденсатора, или оно излучает помехи в эфир — тогда не хватает экрана.

    В любом случае, если вы не имели дело с электроникой, самой в высоковольтные цепи лучше не лезть.

    Anna Reply:

    Большое спасибо за ответ. Может быть стоит купить электропривод с электронной педалью? Конденсатор х2 ставила, но не помогло.

    BSVi Reply:

    Я не в курсе педалей, но они в любом случае, электронные. Попробуйте переключить машинку в другую розетку через удлинитель (удлинители, кстати, бывают с фильтрами)

    Anna Reply:

    Спасибо! Попробую завтра через удлинитель в другую розетку.

  12. hax написал(а) 10 сентября, 2013 в 23:14

    Добрый день!
    Спасибо за статью.
    Подскажите пожалуйста, как быть с Y конденсаторами, если есть 2 вторичные обмотки?
    Я собрал «знаменитый» блок питания на IR2351 http://img.radiokot.ru/files/47221/44k0grkj6.png, дальше планируются 2 независимых стабилизатора. Хотелось бы иметь возможность соединять 2 выхода источников последовательно для получения двуполярного/повышенного напряжения по потребности. В такой ситуации не понятно как ставить Y и ставить ли вообще.

  13. H.Robak написал(а) 18 октября, 2013 в 12:30

    На некоторых конденсаторах пишут X1/Y2?
    Они действительно универсальные?

  14. kvark85 написал(а) 29 ноября, 2013 в 12:42

    Почему на четвертом рисунке зеленым цветом показана помеха которая как то проходит через дроссель? почему не через последовательно включенные конденсаторы? как она проходит через дроссель и почему через дроссель в большей степени чем через конденсатор. мне это для себя не понятно.

  15. Dimakash написал(а) 10 марта, 2015 в 9:59

    Уважаемый BSVi, день добрый. И спасибо Вам большое за такую очень хорошую статью!!! Но я всё — таки решил спросить у Вас, ну чтобы уже наверняка!! У меня есть звуковая карта RME UFX. Ну так вот, она, скотина, щиплется током, когда касаешься корпуса мокрыми руками!!! Щиплется она конечно не сильно!!! Но всё — таки неприятно!!! Карта у меня не заземлена!!!!!! Но как только я карту заземляю, то всё хорошо и карта не бьётся!!!! BSVi, ну а может всё — таки она и не должна биться, когда даже и не заземлена??!!!!! Может там в блоке питания что — то пробито, ну или конденсаторы или ещё что — нибудь, ведь всё — таки она немножко щиплется током!!!! А то я как — то переживаю!!!! Вдруг она может вообще сгореть!!???? BSVi, вот такой мой вопрос, заранее благодарю Вас за ответ. С уважением, к Вам. Дмитрий

Создать новую ветку комментариев


Вы должны войти или зарегистрироваться чтобы оставить комментарий.