Сетевой фильтр для аудио — своими руками. Фильтр питания Принципиальные схемы сетевых фильтров электропитания

Для предотвращения помех от электро - и радиоприборов необходимо снабдить их фильтром для подавления помех от питающей сети, расположенным внутри аппаратуры, что позволяет бороться с помехами в самом их источнике.

Если не удастся отыскать готовый фильтр, его можно сделать самостоятельно. Схема помехоподавляющего фильтра представлена на рисунке ниже:

Фильтр двухкаскадный. Первый каскад выполнен на основе продольного трансформатора (двухобмоточного дросселя) Т1, второй представляет собой высокочастотные дроссели L1 и L2. Обмотки трансформатора Т1 включены последовательно с линейными проводами питающей сети. По этой причине низкочастотные поля частотой 50 Гц в каждой обмотке имеют противоположные направления и взаимно компенсируют друг друга. При воздействии помехи на провода питания, обмотки трансформатора оказываются включенными последовательно, а их индуктивное сопротивление XL растет с увеличением частоты помех: XL = ωL = 2πfL, f - частота помех, L - индуктивность включенных последовательно обмоток трансформатора.

Сопротивление конденсаторов C1, С2, наоборот, уменьшается с ростом частоты (Хс =1/ωС =1/2πfC), следовательно, помехи и резкие скачки «закорачиваются» на входе и выходе фильтра. Такую же функцию выполняют конденсаторы СЗ и С4.

Дроссели LI, L2 представляют еще одно последовательное дополнительное сопротивление для высокочастотных помех, обеспечивая их дальнейшее ослабление. Резисторы R2, R3 уменьшают добротность L1, L2 для устранения резонансных явлений.

Резистор R1 обеспечивает быстрый разряд конденсаторов C1-С4 при отключении сетевого шнура от питающей сети и необходим для безопасного обращения с устройством.

Детали сетевого фильтра размещены на печатной плате, показанной на рисунке ниже:

Печатная плата рассчитана на установку промышленного продольного трансформатора от блоков персональных компьютеров. Можно изготовить трансформатор самостоятельно, выполнив его на ферритовом кольце проницаемостью 1000НН...3000НН диаметром 20...30 мм. Кромки кольца обрабатывают мелкозернистой шкуркой, после чего кольцо обматывают фторопластовой лентой. Обе обмотки наматывают в одном направлении проводом ПЭВ-2 диаметром 0,7 мм и имеют по 10...20 витков. Обмотки размещены строго симметрично на каждой половине кольца, зазор между выводами должен быть не менее 3...4 мм. Дроссели L2 и L3 также промышленного производства, намотаны на ферритовых сердечниках диаметром 3 мм и длиной 15 мм. Каждый дроссель содержит три слоя провода ПЭВ-2 диаметром 0,6 мм, длина намотки 10 мм. Чтобы витки не сползали, дроссель пропитан эпоксидным клеем. Параметры намоточных изделий выбраны из условия максимальной мощности фильтра до 500 Вт. При большей мощности размеры сердечников фильтра и диаметр проводов необходимо увеличить. Придется изменить и размеры печатной платы, однако всегда следует стремиться к компактному размещению элементов фильтра.

Сетевой фильтр – это электрическая схема, реализующая функционал низкочастотного фильтра для цепей питания переменным током 220 В (сети бытового назначения).

Суть работы устройства сводится к тому, чтобы отсечь побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН), возникающие вследствие облучения электрических проводов бытовой сети питания сторонними радиоизлучающими приборами (радиостанции, ретрансляторы, базовые станции для беспроводного Интернета и т.п.) или мощной бытовой техникой без надлежащей защиты цепи питания (кондиционеры, холодильники, сплит-системы и др.).

Возникающие в сети питания ПЭМИН могут оказывать губительное влияние на работу других слаботочных приборов (цифровой техники, телевизоров, радиоприемников и т.п.) или вызывать помехи в приеме различных сигналов.

Кроме того, ПЭМИН могут стать источником утечки конфиденциальной информации, например, в работе спецтехники (информация может перехватываться по цепям питания или заземления).

Защитить приборы поможет сетевой фильтр, который выполняет сразу две функции:

1. отсекает высокочастотные сторонние сигналы в цепи питания,
2. предохраняет приборы от скачков напряжения.

Многие часто сталкиваются с сетевыми фильтрами, встроенными в электрический удлинитель. Однако, производители и/или продавцы зачастую вводят в заблуждение покупателей.

Недорогие модели удлинителей на самом деле не выполняют заявленных функций фильтров, они лишь обеспечивают защиту от кратковременных перегрузок при повышении напряжения или силы тока (короткого замыкания).

В состав таких «сетевых фильтров» входит всего один варистор (элемент электрической цепи, который реализует функцию переменного резистора, повышающего свое сопротивление при увеличении прикладываемого к нему напряжения) и автоматического выключателя (предохранителя, срабатывающего при резком увеличении силы тока). Помочь такое устройство сможет только, например, от помех, создаваемых разрядом молнии во время грозы.

Устройства, в полной мере реализующие функционал сетевых фильтров стоят гораздо дороже своих упрощенных аналогов. Так, сетевыми фильтрами можно назвать продукцию компании Pilot (серии начиная с Pilot L, Pilot GL и др., исключая Pilot S), цены на которую стартуют с 1 тыс. руб. Или аналоги от APC, IPPON, BURO и др.

По этой причине возникает вполне закономерное желание изготовить недорогой, но при этом не менее функциональный сетевой фильтр своими руками.

Что потребуется — подбор инвентаря и схем

В первую очередь можно переделать под высокочастотную (ВЧ) фильтрацию купленный недорогой фильтр с варисторной защитой.

Для его модификации понадобятся:

• Катушки индуктивности / дроссели,
• Варистор (можно оставить имеющийся в удлинителе, если он там был),
• Конденсаторы,
• Резисторы,
• Ферритовый фильтр.

Схема сетевого фильтра 220в

Простой варисторный фильтр выглядит так.

Возможны две простые его модификации.

Вторая схема на LC-фильтре:

Такие элементы и схемы выбраны не случайно, так как все комплектующие могут поместиться в старый корпус удлинителя без необходимости монтирования отдельного корпуса на проводе и т.п.

Принцип работы, как и всех низкочастотных LC-фильтров, прост:

1. Высокочастотные колебания, попадая на катушку индуктивности, повышают ее сопротивление и потому не проходят дальше (сопротивление индукции прямо пропорционально частоте),
2. Попадая на контакты конденсатора высокие частоты гасятся при правильном подборе емкости (сопротивление емкости при таком подключении обратно пропорционально частоте колебаний электрического тока).

На обоих схемах параллельно конденсатору включается резистор с большим сопротивлением. Он выполняет роль нагрузки для конденсатора при отключении питания (на конденсаторе может накапливаться свободный заряд, который будет опасен даже после полного отключения фильтра от сети переменного тока).

Ферритовый фильтр лучше всего приобрести разъемным по диаметру кабеля удлинителя. Его назначение в работе схемы – гашение высокочастотных помех по цепи питания за счет повышения индуктивности проводника, а также поглощения излучений самим ферритом. Это отличное решение для подключения к сети питания цифровой техники.

Возможны и другие реализации сетевого электрического фильтра . В качестве примера можно привести схемы, используемые в технике Pilot.

Инструкция по сборке простого сетевого фильтра своими руками

Собрать фильтр из указанных схем (рис.2 и рис.3) достаточно просто, для этого не понадобится печатных плат или отдельного корпуса на удлинителе. При правильном подборе габаритов элементов и их компоновке можно уместить их в корпусе недорогого варисторного сетевого фильтра.

Имеющаяся цепь разрезается (контакты от варистора к розеткам, сам варистор оставляется), элементы размещаются в соответствие со схемой и спаиваются.

Должно получится так по схеме из рис.2:

Только катушки индуктивности необходимо разместить перпендикулярно друг другу.

Элементы схем

Касательно схемы с рис.2. Сопротивления R1 и R2 следует подбирать исходя из предполагаемой нагрузки. Например, при фактической мощности потребителя до 250 Вт, подойдут резисторы 0,82 Ом, до 380 Вт – 0,36 Ом, до 500 Вт – 0,22 Ом. Если планируется большая мощность – резисторы можно исключить из схемы, однако работа дросселей ухудшится.

Дроссели L1 и L2 – должны иметь ферритовый сердечник, показатель максимально допустимого тока должен быть не менее планируемого тока нагрузки, индуктивность – от 10 мкГн до 10 мГн (лучше всего в большую сторону, то есть чем больше, тем лучше, но до 10 мГн).

Конденсаторы C1 и C2 можно объединить в один, если позволяет свободное место и показатели. Или наоборот, набрать несколькими параллельно соединенными, если позволяет свободное место. Лучше всего использовать пленочные емкости от 0,22 до 1 мкФ. Максимально допустимое напряжение лучше взять с запасом (на случай помех со скачками напряжения), например, до 680 В.

Сопротивление R3 должно быть в пределах 0,5-1,5 МОм. Мощность тоже лучше взять с запасом для лучшей теплоотдачи – 0,5 Вт.

В схеме на рис.3 изменяются конденсатор и катушки, последние обладают самыми оптимальными показателями индуктивности при миниатюрных габаритах и стоящих перед ними задач. Соответственно меньше деталей к пайке.

Меры предосторожности — что стоит учесть

Самодельный сетевой фильтр 220в своими руками – это сложное техническое устройство. Его сборка невозможна без знаний в области электротехники.

Все работы должны проводиться с соблюдением мер безопасности. В противном случае возможно поражение электрическим током.

Как и было сказано выше, конденсаторы рассчитаны на высокое напряжение. Они могут накапливать остаточный заряд. Удар током будет возможен даже после полного отключения фильтра от сети переменного тока. Поэтому наличие параллельно включенного сопротивления обязательно!

Перед пайкой следует убедиться в исправности всех элементов (тестером замеряются основные параметры и сравниваются с заявленными).

Не стоит допускать пересечения проводов, особенно в местах потенциального нагрева (на резисторах, оголенных контактах и т.п.). Перед включением в сеть обязательно следует убедиться («прозвонить» тестером) в отсутствии замыкания.

Представляем очень простой фильтр подавления помех электросети 220 В. Фильтр состоит из основного фильтрующего конденсатора 470nF, разрядного резистора 560K, двух фильтрующих катушек с сердечником, двух конденсаторов Cy 4.7nF и конденсатора на выходе Cx 100nF. Сетевой фильтр имеет защиту от перегрузки по току в виде предохранителя на выходе.

Схема фильтра защиты от сетевых помех

Этот фильтр — очень простая и аккуратная конструкция. В плане усовершенствования конструкции он может включать в себя дроссель на тороидальном сердечнике, защиту от перенапряжения на термисторах и варисторах.

Дроссели здесь использованы от фильтра EMI / RFI от импульсного источника питания, естественно дросселя с обмотками, намотанными на одно ядро, конечно будут в приоритете для такого фильтра, но не у каждого они есть (и есть желание грамотно намотать их), поэтому выбран упрощенный вариант — все равно будет отличная фильтрация.

Резистор немного нагревается, так что желательно заменить его более мощным, потому что с некоторым увеличением напряжения сети выше 250 В он может нагреться уже значительно.

Плавкий предохранитель лучше чтоб находился за розеткой, чтобы конденсаторы не вызывали пожар при коротком замыкании в случае сильного перенапряжения. По возможности добавьте варисторы высокой энергии для защиты от перенапряжения. Что касается резистора, это должен быть металлизированный резистор из высоковольтной серии. Вот пример промышленного фильтра:

Использование небольших расстояний между дорожками платы также оправдано, особенно когда речь идет о защите от перенапряжения. На приведенном ниже рисунке показано установленное на заводе решение по защите от перенапряжения, конечно же это не заменяет искровой разрядник, но как отсутствие какой-либо защиты вообще обеспечит большие потери в случае возможной проблемы.

Этот высокоэнергетический искровой промежуток, так называемая молниезащита. Его задача — взять на себя и уничтожить большую часть энергии в случае повреждения варистора. Предполагается, что в случае разряда высокой энергии между электродами искрового промежутка возникает дуга, вызывающая не только потерю большей части энергии, но и распыление медных дорожек, вызывающих металлизацию зазора и, следовательно, короткое замыкание на землю. Условием правильной работы является требование подключения физического заземления, а также автоматических предохранителей и выключателей остаточного тока. Такие фильтры и подобные схемы искрового разрядника находятся практически на любом оборудовании, таком как сетевые фильтры, источники питания, инверторы, как правило имеющие физическое соединение с землей.

К сожалению, когда кажущееся заземление построено с использованием конденсаторов и варисторов, которые дополнительно подключены к выходной массе источника питания, это обычно приводит к повреждению питаемого оборудования. В общем это соответствует условиям противопожарной защиты, предотвращая воспламенение низкотемпературных компонентов, что может вызвать пожар.

Пути улучшения схемы фильтра

Итого, если вы планируете повторить данную схему, вот несколько дополнений:

1. Разрядный резистор взять на более высокую мощность.
2. Предохранитель лучше должен находиться перед схемой, а не за ней.
3. Интервалы изоляции между дорожками слишком маленькие, надо увеличить.
4. Дроссель следует использовать один — с обмотками, намотанными на общий сердечник в двух направлениях.

Плата имеет размеры 80 x 50 мм, ширина соответствует электрической розетке IEC C14. Все сделано из легкодоступных и имеющихся у многих радиоэлементов, поэтому стоимость строительства составила 0 руб.

Сетевой фильтр - полезное устройство, защищающее чувствительные электроприборы от скачков напряжения и импульсных помех.

Внешне бытовой фильтр напоминает обычный удлинитель, однако он дополнительно оборудован встроенным блоком, который поглощает все частотные колебания.

Для защиты от больших скачков устройство оснащено предохранителем, который в случае критических перегрузок моментально отключает электроприборы от сети.

Как и любые другие устройства, сетевые фильтры в процессе интенсивной эксплуатации могут ломаться.

Одна из самых распространенных причин выхода из строя сетевого фильтра - поломка кнопки включения-выключения, а точнее подгорание контактов внутри этой кнопки.

Сначала при включении она начинает искрить, греться и издавать посторонние звуки, а со временем и вовсе перестает работать. При частом использовании фильтра кнопка может износиться физически или получить механические повреждения.

Внимание! Если кнопка сетевого фильтра стала искрить, нагреваться и/или потрескивать, дальнейшая эксплуатация устройства небезопасна! Следует незамедлительно отключить фильтр от сети во избежание пожара! Для безопасной работы фильтра нужно проверить состояние контактов выключателя и в случае необходимости очистить их от нагара.

Рассмотрим схему кнопки типового сетевого фильтра:

Как видно из этой схемы, ничего сложного в устройстве кнопки включения сетевого фильтра нет, поэтому отремонтировать ее или заменить на новую можно своими руками.

Ремонт - что делать, если кнопка сетевого фильтра сломалась

Если при включении кнопки сетевого фильтра начинают раздаваться посторонние звуки, которые сопровождаются запахом плавящейся пластмассы, устройство следует сразу же обесточить. Далее нужно разобрать сетевой фильтр и проверить состояние контактов на выключателе.

Для этого понадобятся следующие инструменты:

• паяльник,
• крестовая отвертка,
• тестер,
• наждачка-нулевка.

Если контакты прогорели, то показания тестера это подтвердят (в данном случае напряжения на выходе с кнопки в положении «Вкл.» не будет). Чтобы почистить контакты, выключатель нужно:

1. Разобрать корпус сетевого фильтра, открутив монтажные винты;
2. Выпаять кнопку и извлечь из корпуса фильтра. Кнопку удерживают в корпусе пластмассовые зажимы, которые следует аккуратно отжать.
3. Разобрать. Для этого нужно отсоединить клавишу, подцепив ее плоской отверткой.
4. Достать контакты и очистить от черного нагара.
5. Собрать кнопку. После этого кнопку собираем в обратной последовательности, устанавливаем на место и припаиваем.

Если контакты прогорели очень сильно и расплавили пластмассу корпуса выключателя, его следует полностью заменить.

Для этого нужно:

1. Разобрать фильтр;
2. Выпаять кнопку;
3. Извлечь из корпуса выключатель;
4. Установить на его место новый (продается в магазинах радиодеталей, стоит порядка 30 рублей);
5. Припаять кнопку, собрать корпус фильтра.

Нередко кнопка на сетевом фильтре не работает по причине механических повреждений. Самый распространенный случай - поломка фиксаторов, которые удерживают клавишу выключателя в корпусе. В этом случае не обязательно покупать новую кнопку - фиксаторы можно восстановить.

Для этого понадобятся следующие материалы и инструменты:

• шуруповерт (или дрель) и сверло диаметром 3,5 мм;
• зубочистка;
• ватная палочка;
• бокорезы.

Сам процесс очень прост:

1. В клавише просверливается сквозное отверстие, в которое вставляется ватная палочка (она будет выполнять роль фиксатора).
2. Внутрь ватной палочки для большей жесткости вставляется зубочистка. С двух сторон импровизированный фиксатор подрезается бокорезами таким образом, чтобы с каждой стороны он выступал приблизительно на 3-4 мм.
3. Теперь остается вставить клавишу в корпус - для этого достаточно слегка отогнуть бортики посадочного места отверткой.

ВИДЕО ИНСТРУКЦИЯ

Как сделать сетевой фильтр напрямую, без кнопки

Если старая кнопка окончательно вышла из строя, а новой под рукой нет, можно подключить сетевой фильтр напрямую, превратив его в обычный удлинитель.

Для этого нужно сделать следующее:

1. Вскрыть корпус фильтра сетевого напряжения, открутив монтажные винты отверткой;
2. Отпаять от кнопки провода и спаять их по цвету, минуя кнопку;
3. Заизолировать место соединения изоляционной лентой или при помощи термоусадки;
4. Собрать удлинитель, протестировать его работоспособность.

Чтобы избежать описанных в данной статье проблем с выключателем сетевого фильтра, при выборе устройства следует учитывать максимально допустимую мощность подключенной нагрузки и максимальный ток нагрузки.

ВИДЕО ОБЗОР

Если суммарная мощность техники превышает максимально допустимую мощности фильтра, то следует остановить свой выбор на более мощной модели.

Статье с небольшими изменениями (подробнее об изменениях чуть ниже).

Начинка корпуса была полностью убрана, осталась только рама, передние панели, пластмассовое дно, верхняя крышка и сетевые розетки. Дополнительно под новые платы и детали были вырезаны основания из металла толщиной 1 мм и окрашены. Подножки я снял из-за ненадобности. Верхняя крышка и передняя алюминиевая панель были зачищены и окрашены в серый матовый цвет краской из баллона.

Дополнительно для внешнего вида и для закрытия отверстий в передней панели была вырезана накладка из оргстекла толщиной 10 мм и размером 440х55 мм. Вырезал ее фрезером и доводил торцы до идеала мелкой наждачной бумагой. Прозрачное оргстекло не закроет отверстия, поэтому оно было окрашено с одной стороны (окрашенной стороной к панели) синей матовой краской из баллона в несколько слоев. Торцы предварительно были заклеены строительным скотчем, так как их так же не закрашивал.

Окраска с одной стороны дала глубину в накладке и очень хороший внешний вид. Полностью окрашивать я бы не советовал. Тем более синий цвет отражается в торцах, эффект достигнут. Синий цвет считаю вполне гармоничным с серым, хотя с серым будут сочетаться практически все цвета. С оргстеклом нужно обращаться очень аккуратно идеальная глянцевая поверхность очень легко царапается. Крепится накладка на винтах М4 с шапкой того же синего цвета.

Сетевой шнур и вся разводка внутри фильтра имеет сечение жилы 2х1,5 мм 2 . Ферритовые сердечники и плата с конденсаторами крепятся винтами к металлическим пластинам. Катушки и конденсаторы изолированы от корпуса. Плата с конденсаторами дополнительно сверху накрыта пластмассовой крышкой, чтобы изолировать и не сломать конденсаторы от непредвиденного нажатия верхней крышки.

Предохранитель был установлен в родном отверстии. Розетки были взята под вырезанные отверстия в задних панелях 3+2 шт. Вместе с родными дает возможность подключить 8 вилок. Тройник держится на уголках, двойник - уголки + металлическая распорка. Центральная панель под тройник естественно не родная.

Схема немного изменена, наибольшее изменения коснулось катушек. Первая пара в 20 раз меньше нужного номинала, а вторая пара, наоборот, в 5 раз больше, но я считаю, особой проблемы в этом нет, фильтрует и так хорошо. По конденсаторам так же есть изменения, об этом подробнее.

R1 , R2 , R3 , R4 - 180 кОм/0,5 Вт (МЛТ, металопленочный лакированный теплостойкий )

C1 - 33 нФ/1000 В ()

C2 , C3 - 3 нФ/500 В (СГМ-3, слюдяные )

C4 - 4,7 нФ/400 В (КСО-1, слюдяной )

C5 - 0,1 мкФ/1500 В (К78-2, фольговый металлизированный )

C6 , C7 , C8 , C9 - 0,1 мкФ/400 В (металлопленочные )