1. Запобіжні заходи і лікування
2. Авторські права та подяки

Отже, ми повертаємося до попередньої статті про те, чому ж згорів USB-порт ? В результаті розглядів (правда вже заднім числом), з'ясувався цікавий факт, про який можна зробити замітку. Отже, поговоримо про перешкоди і захисту від них, мережевих фільтрах і конденсаторах, що стоять всередині блоків живлення і чому це все б'ється струмом.

Як відомо, зараз практично скрізь використовуються так звані імпульсні джерела живлення, принцип роботи яких заснований на перетворенні напруги на більш високій частоті, ніж звичайні 50Гц в трансформаторних джерелах живлення. З підвищенням частоти зменшуються габарити і маса трансформаторів, за рахунок чого при таких же розмірах джерела живлення можна отримати в кілька разів більшу вихідну потужність.

Схемотехніка імпульсних блоків живлення зазвичай наступна: мережеве напруга 220 випрямляється і фільтрується доданими мостом з конденсаторами, після чого подається на будь-яким чином (мікросхема, автогенератор) реалізований перетворювач, основою якого зазвичай є імпульсний трансформатор. На світлині плати джерела живлення Mean Well цей трансформатор добре видно. Частина його обмоток використовується для зворотного зв'язку з перетворювачем, а решта використовуються для отримання потрібних вихідних напруг блоку харчування.

Але за всі достоїнства такого блоку треба платити. В першу чергу, це високовольтні компоненти - транзистори, які повинні працювати при амплітудних значеннях напруги досягають 350 вольт, не кажучи про амплітуду комутаційних імпульсів. Діодний міст, конденсатори, та й взагалі приблизно половина плати такого імпульсніка знаходиться під мережевим напругою! Ось вона - плата за компактність! А ще це все треба захищати від перевантажень, замикань або пробоїв, щоб на «ніжну» навантаження не пішла напруга в електромережі. З давніх-давен існує повір'я, що комп'ютерні блоки живлення відрізняються якістю на вагу: більш якісно розроблений і зібраний блок важить більше! ;)

А тепер підбираємося до найважливішого для нас. Мало того, що з імпульснікамі за фактом багато метушні через високої напруги, так це чудо ще і генерує в мережу купу перешкод (теж, хе-хе, імпульсних), що виникають через процеси комутації обмоток трансформатора ключами. Для аналогії можна уявити наприклад колекторний двигун, щітки і колектор якого постійно коммутируют обмотки якоря під великими струмами, прямо-таки забруднюючи мережу живлення імпульсниммі викидами. Погані виробники по-тихому забивають на це, ну а більш-менш хороші - ставлять фільтри по харчуванню.

На цю тему мені попалася чудова стаття автора BSVi - Мережеві фільтри і помехоподавляющие конденсатори , Де все це розписано наочно і з картинками. Я дозволю собі коротко переказати її зміст.

Найпростіший фільтр перешкод являє собою конденсатор певної ємності, включений паралельно джерелу перешкод.

У цьому випадку струм перешкоди замикається через цей конденсатор, не виходячи за межі пристрою. Складніша схема фільтра зазвичай виглядає ось так, і містить цілий набір конденсаторів і дроселів, які не випускають струми перешкоди за межі корпусу пристрою. Дана схема щодо стандартна і в тому чи іншому вигляді знаходиться практично в кожному поважному імпульсніке. Перешкоди, створювані пристроєм на його проводах харчування, шунтуються дроселем і конденсатором C1. А що випромінюються перешкоди (так як у нас великі струми і напруги комутації) екрануються корпусом, замикаючись через конденсатори С2 і C3. Все чудово.

Для нас з електричної боку справи цікаво звернути увагу на те, що два конденсатора (C2 і C3) тут включені між мережевими провідниками і корпусом (PE -провідника має контакт з металевим корпусом)! Так як ми знаходимося в Росії, то «заземлення» у нас практично ніде немає (дата-центри, офіси і кулібіних з батареєю в розрахунок не беремо) і захисний PE -провідника часто виявляється нікуди не підключеним. В цьому випадку дуже часто проявляється обговорюваний на безлічі форумів ефект «поколювання» і «пощипування» від стиралок, мікрохвильовок і звичайно комп'ютерів - хто з нас не отримував удар струмом, длубаючись в системнике стоїть поруч з батареєю? ;)

Ємність C1 зазвичай ставиться близько 0,1 мкФ, а ємності C2 і C3 - близько одиниць нФ, тому довбати буде не сильно, але відчутно. З цієї ж причини цей струм витоку при ємностях C2, C3 2,2 нФ буде дорівнює близько 70 мкА, що при всьому бажанні не викличе спрацьовування УЗО. Природно, в офісах або інших місцях, де ставиться багато апаратури з такими фільтрами, буде потрібно розбивання живильних ліній на групи (по УЗО / дифавтомати на групу) в такій кількості, щоб сумарний струм витоку через такі фільтри був менше приблизно половини номінального струму спрацювання ПЗВ. Для розуміння малюю ще одну схемку, в спрощеному вигляді:

Але це ще не всі сюрпризи від імпульсніков, і не всі граблі, на які можна наступити! Куримо перешкодозахищеність далі, і виявляється, що ми забули ще ось про яку дрібниці: частоти комутації у нас високі (так-так, я не втомлюся про це нагадувати) - наприклад кілогерц 40 і вище. Значить нам доведеться згадати про те, що між обмотками трансформатора є якась ємність, яка досить непогано проводить струм (на схемі нижче я позначив її як C4). До сих пір ми захищали мережу живлення від нашого імпульсного блоку живлення. А тепер дивимося і бачимо, що через межобмоточную ємність трансформатора все перешкоди комутації (умовно зображено ключем на схемі) підуть в навантаження!

Для цього теж придумали рішення, яке в деяких випадках виявляється фатальним. Додається фізична ємність (деталька) C5, яка по високій частоті з'єднує вихідну обмотку трансформатора з точкою джерела перешкод комутації - ключем. Через цю ємність відмінно замикаються всі струми перешкоди, документація на блок живлення нам радісно рапортує, що все добре, а ми отримуємо зв'язок по змінному струмі виходу з мережею живлення !!! А до купи в деяких блоках харчування з металевим корпусом чіпляють ємність C6, яка за змінним струмом з'єднує вихідний ланцюг з корпусом (тут корпус як би в межах блоку виконує роль якоїсь ГЗШ - головною заземляющий шини, на якій замикаються всі струми перешкод). А якщо корпус не заземлений - знову отримуємо половину харчування 50Гц на виході. Ну як мінімум їх зв'язок. І ще зазначу, що так як зв'язок через конденсатори - то спроби продзвонити і знайти її тестером будуть звичайно ж безуспішні! ;)

Запобіжні заходи і лікування

Отже, причину появи «кусь-кусь» від пристроїв і вигоряння портів USB ми з'ясували. Тепер потрібно розібратися, що ж з цим робити? Кулібінські рішення типу «викусити конденсатор» відмітаємо відразу, хоча б тому що цей кулбіні викуси конденсатор тільки в одному пристрої. А їх несколько- наприклад в компьтере: монітор, принтер, системник.

Ідея всіх інших рішень - сода якусь область, де все-все потенціали на корпусах щодо неї будуть однакові. У кращому випадку - це вся квартира цілком (якщо ми говоримо про домашні розробки і кулібінства). У гіршому випадку - це щось в межах робочого столу серед комп'ютера, отлаживаемого пристрої та допоміжної апаратури. Аж до того, що шматком дроту тупо з'єднати корпусу компа, налагоджують плати і осцилографа разом.

Грамотне рішення - повний перехід на трьохпровідний систему (з повним дотриманням вимог щодо переходу на неї - читай реконструкція стояка) з перекладанням проводки від вступного щитка, але це вже окрема тема з купою своїх проблем. Тут виникає ще така дилема: в двопровідних мережах PE-провід рекомендується нікуди не підключати, а по нашим висновків, навпаки - у всіх пристроїв з'єднувати разом, тому я спеціально обумовлюю ще раз: таке «криве» вирівнювання потенціалів може бути використано тільки грамотним розробником, який знає, що і головне - ЧОМУ робить!

Найпростіше рішення, як я і говорив - звичайна многорозеточная колодка «із заземленням» і трьохпровідний кабель від всіх пристроїв, де є металевий корпус.

З.И. Все, що не відбувається - на краще. Чи не купив би блок від Mean Well - НЕ випалив би порт - не звертав увагу на таку особливість імпульсніков і потім в готовому пристрої, який рулить 220 вольт і ще по USB / RS-232 з компом спілкується, вилізли б всі ці косяки.

З.И.2. Іноді, мати його, звичайний 50Гц-овий трансформатор і кренк надійніше і безпечніше імпульсніка! ;)

Авторські права та подяки

При створенні статті були використані наступні матеріали: