Как защитить плату от синфазного шума от импульсного БП: суперэффективный дроссель, который меняет правила игры
Синфазный дроссель — фундаментальный элемент входного фильтра любого импульсного источника питания. В ходе работы преобразователя любой архитектуры при переключении полевых транзисторов возникают синфазные помехи, распространяющиеся по проводникам и дорожкам печатных плат.
Эти помехи представляют собой импульсные высокочастотные токи, которые одновременно текут по плюсовому и минусовому проводам в одном направлении. «Если синфазные помехи попадут в сеть переменного тока, они могут снизить качество работы соседних приборов и даже вывести из строя чувствительные сигнальные цепи цифровой электроники.»
По этой причине современные бытовые и промышленноэлектронные устройства, способные быть источниками синфазных помех, оснащаются синфазными дросселями. К таким устройствам относятся принтеры, сканеры, мониторы, плееры, периферия ПК и сами персональные компьютеры.
В импульсных блоках питания на входе, как правило, после входного фильтра устанавливают двухобмоточный синфазный дроссель на кольцевом или П-образном сердечнике. По бокам от него располагаются конденсаторы для подавления дифференциальных помех и высоковольтные Y-конденсаторы.
Две обмотки синфазного дросселя намотаны на общий сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью, обычно феррита. «Когда по проводам обмоток течёт синфазный ток в направлении к сети, магнитные поля этих токов складываются, и индуктивность дросселя эффективно поглощает энергию помех, снижая их амплитуду и ослабляя их влияние на сеть переменного тока.»
При подаче питающего переменного тока от сети к потребителю синфазный дроссель практически не создает помех для рабочего тока: сопротивление проводов мало, а магнитные поля токов в двух проводниках направлены навстречу друг другу и взаимно компенсаются.
Обмотки дросселя устроены максимально симметрично и часто выполнены как намотка двумя проводами для минимизации индуктивности рассеяния. Поэтому индуктивность для обычного дифференциального рабочего тока, равного по величине и противоположного по направлению в двух проводах, стремится к нулю. «Именно эта избирательность делает синфазный дроссель эффективным инструментом против синфазных помех, не влияя на питание от сети.»
Отсутствие синфазного дросселя привело бы к свободному проникновению синфазной помехи в сеть переменного тока, и здесь сами по себе межпроводные конденсаторы не смогли бы полностью остановить её распространение.
Для отведения части энергии синфазных помех в землю применяют керамические высоковольтные Y-конденсаторы ёмкостью в единицы нанофарад, устанавливаемые между каждым проводом питания и шиной заземления. «Эти конденсаторы обладают большим сопротивлением для рабочего тока, поэтому их присутствие не отражается на КПД устройства, но эффективно рассекает путь для высокочастотных помех.»
Промышленные выводные и SMD синфазные дроссели для плат отличаются рядом конструктивных и эксплуатационных преимуществ: компактностью, малыми габаритами на плате, низким активным сопротивлением — единицы миллиом, и номинальным током, зависящим в основном от сечения провода и мощности устройства. Номинальные токи варьируются от миллиампер до десятков ампер, типовые индуктивности — от десятков микрогенри до сотен миллигенри.