Устройство вводной защиты и фильтрации предназначено для решения следующих проблем:
Проникновение микросекундных и наносекундных импульсных помех из питающей сети 220 В, вызванных работой близкорасположенного промышленного оборудования (частотных преобразователей, сварочных аппаратов, тяговых подстанций), что приводит к пробою входных цепей блоков питания.
Ложные срабатывания, сбои и «зависания» микропроцессорной техники, вызванные высокочастотными синфазными и дифференциальными наводками, проходящими через паразитные емкости штатных импульсных источников питания.
Ускоренная деградация электролитических конденсаторов во вторичных цепях питания из-за постоянного воздействия высокочастотных пульсаций и выбросов.
Отсутствие координации (селективности) между грубой защитой (УЗИП/варисторы) и тонкой фильтрацией, необходимой для цифровых цепей.
Расчет резонансной частоты фильтра:
Частота среза (для LC-фильтра нижних частот):
fc=2πL⋅Ctotal1
Примем ( C_{total} \approx C1 ) (так как C2 значительно меньше и служит для шунтирования ВЧ-компоненты):
fc=2π100×10−6⋅1000×10−61=2π1×10−71
fc=2π⋅3.162×10−41≈503Гц
Фильтр эффективно пропускает постоянный ток и ослабляет переменную составляющую начиная с десятков герц.
Коэффициент ослабления на частоте пульсации БП (65 кГц):
Рабочая частота в ~130 раз выше частоты среза. LC-фильтр второго порядка дает затухание -40 дБ/декаду.
С учетом реальной добротности компонентов и нагрузки затухание пульсаций составит не менее 60 дБ, что снизит уровень пульсаций на нагрузке до долей милливольта.
Расчет шунтирования ВЧ-помех (на частоте 10 МГц):
На частоте 10 МГц конденсатор C2 (0.1 мкФ) имеет реактивное сопротивление:
XC2=2πfC1=2π⋅10×106⋅0.1×10−61≈0.16Ом
Индуктивность дросселя на 10 МГц:
XL=2πfL=2π⋅10×106⋅100×10−6≈6283Ом
Коэффициент деления помехи (делитель X_L и X_C2) составляет:
Kосл=XL+XC2XC2≈62830.16≈2.5×10−5или−92дБ
Таким образом, каскад «дроссель + пленочный конденсатор» практически полностью блокирует наносекундные импульсы со стороны БП в нагрузку.
Импеданс одного витка на частоте 100 МГц: ~60 Ом (из datasheet)
При намотке 2 витков индуктивность (и импеданс) растет пропорционально квадрату числа витков:
Z2витка≈22⋅60=240Ом
Эффективность подавления синфазной помехи:
Предположим волновое сопротивление линии 150 Ом (типичное для синфазной волны в кабеле).
Делитель напряжения, образованный импедансом феррита и сопротивлением линии: