Обзор подобного (но более «навороченного») фильтра был опубликован на IXBT, но захотелось более глубоко посмотреть на сей девайс с точки зрения электроники. За что мы платим почти 50$. И стоит ли он своих денег? С одной стороны, в упомянутом обзоре ему давали хорошую характеристику, с другой никаких подробных исследований проведено не было. С одной стороны, фирма АРС устанавливала системы электропитания в Пентагоне, так что вроде бы ей можно доверять. С другой стороны, у нас несомненный ширпотреб, и возможно, что можно получить то же самое за меньшие деньги.
Итак, внешний вид фильтра. Вот фото с официального сайта фирмы-производителя.

Белая штуковина впереди фильтра — это приспособление для намотки электрического шнура. Если вы планируете использовать фильтр в качестве удлинителя-переноски (типа возить с собой и включать в него электродрель и т.п.), то эта белая фигня может и пригодиться. Но шнур у фильтра короткий, а цена немалая, так что использовать его как удлинитель нерационально. Оптимальное применение – как сетевой фильтр, в который включены аудио-видео потребители. Тогда эта белая штука не нужна вообще (я ее сразу снял и выбросил).

В фильтре 6 электрических розеток и 3 телефонные (вход, выход и телефонный аппарат).  Размеры фильтра великоваты по сравнению с «обычным» удлинителем на 6 розеток. Но зато он позволяет включать адаптеры большой величины, и они не перекрывают собою других розеток.

Интересно, что три электрические розетки выключаются встроенным выключателем, а другие включены постоянно (пока фильтр включен в сеть) – это левый ряд на рис. 2, помеченный надписью «ALWAYS ON». Лично я не вижу в этом никакого смысла – ни дома, ни на работе я не сталкивался с необходимостью отключать половину потребителей выключателем фильтра. Обычно в фильтр включаются устройства, имеющие собственный выключатель питания (телевизор, усилитель, ДВД-плеер). Они все время в сети, и их я включаю, когда нужно кнопкой на пульте. А вот когда я уезжаю в отпуск, я отключаю все потребители от сети, для этого я выключаю весь сетевой фильтр его штатным выключателем. При этом отключить половину устройств, а вторую половину оставить под током – бессмысленно. Другой вариант – моя измерительная аппаратура питается через фильтр. И перед началом работы я ее включаю опять же всю сразу, нажав кнопку на сетевом фильтре (у каждого прибора опять же свой выключатель питания, которыми я пользуюсь, включая только то, что мне нужно в этот момент). Поэтому я не могу представить себе ситуацию, когда нужно отключать половину потребителей, и я записываю эту «систему отключения половины потребителей» в недостатки.

Разобрать фильтр оказалось довольно непросто: в нем используется половина винтов обычного типа, а вот половина – со специальной скошенной головкой, которую закручивать легко, а вот открутить весьма непросто.

Для выкручивания таких винтов я взял плоскую отвертку с максимально широким лезвием, и выкручивал, сильно нажимая на винт. Очень неспеша. И сразу заменил их обычными.

Внутри фильтра две платы: плата телефонного фильтра и сетевого. Плата сетевого фильтра, на которой установлены все детали, просто так не снимается. Для снятия платы необходимо отпаять выключатель питания.

Сразу бросается в глаза качественное изготовление устройства. Особенно понравились электрические контакты.

Пластина большого сечения, хорошо выполненный пружинный контакт, плотно и надежно охватывающий штырь вилки. В отличие от «китайских» удлинителей, этот обеспечивает малое переходное сопротивление контакта и позволяет без проблем передавать большую мощность на одиночную нагрузку, включенную в сетевой фильтр. И греться такой контакт практически не будет (некоторые «китайцы» в этом месте вообще плавятся).

Телефонный фильтр включает три варистора (скорее всего один стоИт между двумя линиями, а два других – между линиями и землей), и пару предохранителей.

Это стандартная схема, я ее даже не рассматриваю. И честно говоря, я этими фильтрами не пользуюсь. Причина простая – у меня телефон почему-то всегда подключен совершенно в другом месте, далеко от места установки сетевого фильтра. А возле телефонной розетки нет электрической (на самом деле есть одна для телефона, но для телефона фильтр не очень-то и нужен). Т.е. для меня нет удобства в объединении телефонного и сетевого фильтра в одном корпусе. Интересна конструкция телефонного предохранителя.

Насколько я понимаю, такое спиральное исполнение плавкой вставки ускоряет ее срабатывание, т.к. соседние витки разогревают друг друга.

Плата сетевого фильтра содержит довольно много деталей.

Некоторые элементы замотаны чем-то вроде скотча. Посмотрим, что там внутри.

Это два варистора с расположенными рядом с ними тепловыми размыкателями. Скотчем они замотаны неспроста: при мощной высоковольтной перегрузке варистор пропускает через себя большой ток и перегревается. Кстати, при этом происходит «спекание» варистора, так что, спасая схему, варистор «гибнет сам», при этом варистор становится проводником, и подлежит замене. Интересно, что такую замену по требованию фирмы-производителя производят сервисные центры, и похоже этот случай является гарантийным, что характеризует производителя с хорошей стороны. Если такое произойдет, то при нагреве варистора сработает терморазмыкатель, и отключит схему от сети, не позволяя нагревшемуся варистору что-либо поджечь. Так что обматывание деталей скотчем – это очень хороший ход: закутав все это в персональное «одеяло», дешевым способом ускорили срабатывание тепловых размыкателей.

Вот принципиальная схема сетевого фильтра.

S1 – это токовый размыкатель на 10 ампер, установленный снаружи на корпусе. При попытке пропустить через фильтр большой ток, этот выключатель сработает и все обесточит. Т.е. это «восстанавливаемый» предохранитель. Далее идут варисторы RU1 и RU2, включенные параллельно для возможности пропускать вдвое больший ток. Если учесть, что сами варисторы большой мощности, то выходит, что они могут переварить огромную перегрузку. Рядом с ними установлен терморазмыкатель S2, причем все это вместе обмотано скотчем для лучшей тепловой связи (тепловая связь показана пунктиром). Следом идет LC фильтр (L1,L2,C1). Его мы потом рассмотри подробнее. После фильтра включен еще один терморазмыкатель S3, имеющий тепловую связь с варистором RU3. И уже после этого размыкателя включены первые три розетки (неотключаемые).  К этим же розеткам подключена вторая группа варисторов RU3 и RU4 и искровой разрядник Р1 (их хорошо видно на рис. 9). В чем разница во включении варисторов? RU1, RU2 борется с перегрузками между двумя сетевыми проводами. И помогает, даже если земляной проводник никуда не подключен и/или вообще не используется. RU3, RU4 и Р1 обрабатывают перегрузки как между сетевыми проводами, так и между проводом и землей. Остальная часть схемы может отключаться выключателем S4 – это как раз тот выключатель, который расположен на корпусе и выключает три розетки из шести. D1, R1 и светодиод LED1 индицируют их включение. А диодный мост D2, транзистор Т1 и его обвязка (в том числе и светодиод LED2) индицируют правильное заземление.

Насколько мне понравилась механическая конструкция фильтра, настолько возникло недоумение по поводу его схемы. Такое чувство, что ее составляли либо наспех, либо по пьяному делу, либо специально с целью диверсий. Рассмотрим это все подробнее.

Правильное заземление. Вы знаете, что американский космический корабль «Вояджер» уже пересек орбиту Нептуна, и находится на расстоянии в миллиарды километров от Земли? На таком расстоянии очень трудно заземлить электронную аппаратуру. А она все равно отлично работает и поддерживает радиосвязь! Это я намекаю, что заземление совершенно не нужно для нормальной работы аудио-видео техники. Более того, иногда оно просто вредно! Поэтому систему индикации заземления я не рассматриваю.

Защитные выключатели S1, S2, S3 отключают питание при перегрузке. Они отлично работают, если схема потребляет от сети большой ток, или в сети вместо 220 вольт будет 880.  Но вот какая заковыка – все они включены в один верхний по схеме провод. Поэтому при перенапряжении в этом проводе относительно земли они сработают и все отключат. А вот если перегрузка произойдет в нижнем по схеме сетевом проводе (а это может быть и ноль сети, и фаза – включить можно как угодно), то вообще никакой защитный выключатель не сработает! Просто потому, что их там нет. Точно также и защитные вариаторы с разрядником. Разрядник – очень полезная штука, он и быстродействующий, и многоразовый. Но защищает он опять же только верхний по схеме провод (вместе с варистором RU3). Варистор RU4 если и сработает (а почему бы не сработать, сработает!), то нагревшись, отключит терморазмыкатель S5, и тем самым отключит только светодиод LED1! А розетки так и останутся под перегрузкой! Разве что выключатель питания с защитой от превышения тока – я не проверял. Но все равно, включение всех выключателей в один провод – это неправильно. А уж подключение RU4 и S5, которые на самом деле ничего не защищают… Причем интересно, что RU3 работает и при выключенном S4, т.е. когда питание на половину розеток не идет, а RU4 только при включенном. Т.е. если по нижнему проводу относительно земли пройдет перенапряжение, а половина розеток отключена выключателем, то остальная половина благополучно сгорит, и абсолютно никто этого не заметит.

Все это актуально только при трехпроводном включении, когда есть заземление. Если заземления нет, и используется два контакта в сети, то нестрашно. Может для этого индикатор заземления и ввели? Типа, вот когда вас подстерегает настоящая опасность…

И еще. Мне не очень понравился LC-фильтр, примененный в этом устройстве. Самый простейший фильтр содержит один только конденсатор. При этом он образует LRC фильтр, используя индуктивность и активное сопротивление проводов сети. Но при этом, чем лучше сеть, тем у нее меньше индуктивность и сопротивление, и тем хуже фильтрация. Поэтому-то и ставят дополнительные катушки. И если посмотреть на огромный корпус этого устройства, то можно подумать, что уж там стоят катушки, так катушки! А там две маленькие пендюрочки с мизерной индуктивностью! И пусть вас не вводит в заблуждение диаметр провода, которым эти катушки намотаны (2мм) – это только неспециалисты в обзорах их могут похвалить. Типа толстый провод – это надежно. Да, надежно. Ток плавления этого провода 200 ампер. Вам такой надежности хватит? Ах, да! Еще у толстого провода маленькое сопротивление. Сопротивление этих катушек вдвое меньше, чем у сетевого шнура устройства. Может, надо еще сильнее уменьшить? А вот индуктивность у них тоже на уровне индуктивности сети, то есть, если ваша сеть плохая, то вы этих катушек и не заметите, что есть они, что их нет.

С такой мизерной индуктивностью они  начинают фильтровать с частот порядка 120 кГц. И очень хорошо работают на частоте 500 кГц. А импульсные блоки питания, которых в сети полно (плюс энергосберегающие лампы) дают помехи с частотой 30…50 кГц. И кто с ними будет бороться?

Повышать индуктивность (на самом деле тут не все так просто, может возникнуть ряд проблем, но я и не говорю об очень сильном повышении индуктивности) нужно еще и потому, что эти катушки совместно с конденсатором образуют колебательный контур. В котором, как известно, на резонансе амплитуда колебаний может сильно вырасти. Росту амплитуды мешает сопротивление нагрузки. Так вот, чем больше индуктивность, тем сильнее влияет нагрузка на этот самый рост.  Посмотрим, что делается в родной схеме (при идеальной сети).

При нагрузке 240 ом, потребляющей мощность 200 Вт, на частоте 77 кГц напряжение на выходе фильтра будет в 11 раз выше, чем на входе! И это называется фильтрация помех? Эти кривые (рис. 11) получены теоретически. А вот результаты реальных измерений (рис. 12) – на вход фильтра подключил генератор, на выход – резистор и осциллограф.

Синий график – вход, красный – выход. Масштабы по вертикали у обоих каналов одинаковы. Нагрузка соответствует потребляемой мощности 2 кВт – самая «сильно гасящая» резонанс. А он все равно прет. И в нагрузке получаем помех больше, чем было в сети!

Столько сил приложили разработчики для подавления перенапряжений, и совсем не позаботились о подавлении помех с «новой сетевой частотой» 30…50 кГц. Может, у них в Америке импульсных блоков питания вообще нет? Или поработав с Пентагоном, фирма АРС немного утратила чувство реальности?

На самом деле все не так страшно с этим резонансом. Ведь нагрузка в виде резистора в реальности не используется (если конечно вы не используете этот сетевой фильтр для подключения утюга). Реальная нагрузка содержит блок питания, который потребляет ток короткими импульсами большой амплитуды. В эти моменты нагрузка имеет очень низкое эквивалентное напряжение, и довольно эффективно «сбивает» резонанс. Амплитуда ВЧ сигнала на выходе фильтра при этом не успевает заметно вырасти. Но это не очень утешительно – ведь фильтрации помех тоже не происходит.

Поэтому я решил попробовать увеличить индуктивность родных катушек. Для этого достаточно добавить витков в  их обмотки. Но сильно много витков мотать нельзя – катушки могут начать насыщаться (как раз этими мощными короткими импульсами), и при этом они вообще перестанут работать. Поэтому витков я добавил немного: перемотал катушки проводом диаметром 1,3 мм в один слой, сколько влезло (рис.13).

Вот как это стало выглядеть.

С этими катушками (их индуктивность примерно 9 микрогенри) и резонанс стал лучше (рис.15).

Это максимум, что можно сделать. Хоть выглядит и эффектно (сравните с рис. 12), на самом деле улучшение весьма небольшое. По любому большого подавления высокочастотных помех с этим фильтром не получишь. Можно конечно попытаться изготовить свои катушки, но родные сердечники для этого скорее всего не подойдут.
Вся доработка фильтра сводится к трем пунктам.

1. Довольно слабая доработка,  ее делать совсем необязательно, но можно. Это перемотка катушек. Родной провод сматывается, а на его место в один слой наматывается новый провод диаметром 1,2…1,5 мм. Если не планируется включать в фильтр нагрузку, потребляющую большую мощность, то можно намотать и проводом диаметром 1 мм. Меньший диаметр использовать нельзя. Чтобы катушка держалась, ее слегка пропитывают быстросхватывающимся клеем.

2. Перенос токового размыкателя в нижний по схеме провод. Это надо сделать обязательно, если вы используете фильтр в сети, имеющей заземление. Тогда устройство окажется защищено от перегрузки по нижнему проводу. Делается это так: меняются местами два провода – голубой и коричневый, приходящие на плату. На рис. 16 они помечены зелеными точками.

Внимание! Хоть теперь провод и защищен, но защита заключается в токовом размыкателе на ток 10 ампер! Т.е. если при перегрузке сетевой фильтр потребляет ток 5 ампер (это мощность 1 кВт — как хороший утюг!), то защита не сработает! Тогда какой в ней смысл? А такой, что раньше вообще никакой защиты не было!

3. Переброс розеток на выключатель. Если вы хотите, чтобы при выключении выключателя на корпусе сетевого фильтра от сети отключались все шесть выходных розеток, то надо сделать вот что. Выпаять два провода, показанные на рис. 16 красными крестами (они оба идут к выходным розеткам), и припаять их с другой стороны платы, как показано на рис. 17.

Выводы

1. Фирменные проспекты не врут – этот сетевой фильтр защищает от колоссальной энергии перегрузки. Так что если возле вашего дома взорвется небольшая тактическая атомная бомба, то опасного броска напряжения на нагрузке может быть и не произойдет. Не знаю, насколько часто встречаются такие перегрузки в реальности, но запас карман не тянет.

2. Причем если все же фильтр умрет, защитив вас от суперперегрузки, его вроде бы обещают отремонтировать бесплатно.

3. А вот высокочастотные помехи с частотами импульсных блоков питания фильтр давит весьма слабо. Он изначально не рассчитан на их подавление. Что в общем-то грустно.

4. И включение всех защитных устройств только в один провод сети – это косяк. Потому как второй провод остается незащищенным в заземленном включении, и это может привести к чему-то нехорошему, например, к пожару (если после перегрузки потечет большой ток). Такого быть вообще не должно. А лечится это просто – всего лишь перестановкой двух проводов.  Я теряюсь в догадках – то ли мне достался экземпляр с перепутанными проводами, то ли это сборщики везде так путают (схему-то я рисовал с печатки, а не из техническо документации). Возможно это последствия китайской сборки.

5. Очень хорошо выполненные контакты выходных розеток позволяют смело включать в них мощную нагрузку.

6. Не очень-то понятно (лично мне абсолютно непонятно!), зачем сделали выключатель только на половину розеток?

7. Схема фильтра излишне навороченная. Вместо непосредственно фильтрующих функций, в устройство добавили всяких второстепенных фенечек и прибамбасов. Они не вредные, и если бы с фильтрацией все было круто, то и они бы не помешали. А с фильтрацией как раз и не очень, тогда нафиг эти фенечки нужны? Тем более что в такой огромный корпус можно запихнуть столько фильтрующих устройств!

Так что мой вывод – фильтр имеет довольно плохое соотношение цена/качество. Он актуален в сетях, где возможны перегрузки (например если от этой же сети питается мощное сварочное оборудование), но мало поможет бороться в высокочастотными помехами. Выходит, что своих денег он не очень-то и стОит. Хотя, сейчас даже за самый примитивный фильтр с одним жалким варистором (и паршивыми контактами) и то по 15$ просят, а это всего треть от стоимости этого фильтра. И я еще не видел конструкцию других фильтров – может там все еще хуже за те же деньги. Но у меня есть еще фильтры, так что я смогу их разобрать, исследовать и сравнить с этим.

25.09.2011