DC Blocker in AC mains system

DC Blocker, 顧名思義就是DC阻絕器,在線路中把DC排除。像是放大器輸入輸出時加上一個電容也就是阻絕直流電進入放大系統裡面,造成偏壓傷害到喇叭或是耳機。

於是動手Layout一個小板子,加上了共模電感,並量測結果。在變壓器的二次側的DC從500mV下降至~96mV,最重要的是這顆隔離變壓器哼聲已經幾乎沒有,很滿意。




而本文所討論的DC Blocker,則是指稱裝設在變壓器之前的直流阻絕器;也就是避免直流流經變壓器造成發熱損耗、飽和、哼聲等等的副作用,所有東西都不是理想的,電阻、電容、變壓器都是,理論上變壓器如果沒有等效內阻,我們也不需討論DC Blocker。

讀了Rod Elliott (ESP)的文章,做一下筆記順便翻譯。

***市電中的直流是怎麼形成的?
 How DC Appears on the Mains


如上圖,虛線部分是變壓器的等效模型,包含電感、電阻。Dext跟Rext指的是外部的二極體跟電阻。這邊模擬的是一個傳統吹風機二極體,迴路就形成了,Rext代表的是吹風機的heater。而電網一樣也不是理想的,Rmains就是代表電網的阻抗。

一旦隔壁家的吹風機打開,在240VAC的環境中,由於吹風機是半波整流,因此有負載的上半波波峰是338.35V,而沒有負載的下半波則是339.28V,波峰之間差異是0.93V,但是平均直流電壓則為-275mV(正負不重要,而是絕對值。)---這就形成了市電中非理想的直流成分。


實際量測一個500VA的變壓器,一次側等效阻抗為2歐姆,這造成了約132mA的直流。



上表簡易地比較了有無DC的情況。簡單來說,只因為隔壁鄰居使用一個吹風機,就會造成你家的市電產生了275mV的直流成分,而如果你剛好使用一個500VA的變壓器,即便你的機器還沒打開,就已經造成了52.32VA的直流損耗!

試想,變壓器也才500VA,其中52.32變成其他能量形式(熱能、震動機械能)散逸掉而不能用----白白浪費了10.6%的變壓器餘裕。


而這10.6%常常是惱人的,例如變壓器的發熱、哼聲、震動(->噪音)等等,都是對HiFi不利的。


而現代家電種類繁多,所以電網中有各種奇奇怪怪的成分存在,就算自己不用吹風機,別忘了,你家的電跟全社區的電是並聯的。

這就是為何我們需要DC Blocker的原因。

DC Blocker有很多種設計。其中電解電容幾乎是通用的。舉一個常見的例子:


這個電容的大小大約1500~4700uF之間,規格的話最重要的是Ripple Current;計算如下:


*假設變壓器為500VA

Eq.........................               I = VA / V = 500 / 240 = 2.08A


因此只要選擇電容1500~4700uF且Ripple為3~5A即可。考量有Inrush Current的情況下,二極體則是越大越好,這裡原作者採用 25-35A的整流橋,便宜又大顆;且DC Blocker最好搭配軟啟動Soft-Start,讓電容壽命長一些。

至於電容的耐壓,16V是OK的,但我們知道耐壓越大Ripple也會越大,因此以Ripple來做選擇較佳。另外由於電阻也有等效內阻ESR, P = I² × R告訴我們電阻在此情況下會發熱,因此選用耐壓高一點(ESR也會小一點)、大一點的電容是好的。


其實線路也很簡單,自己搭個棚就可以了: (From Internet)





6 Diode版本,可以可好地保護電容,25A的蕭特基只要45V版本就可以了。(This version connects a Schottky diode across each of the polarized capacitors, preventing the capacitor reverse bias from exceeding the very low (~ 0.3V) forward voltage drop of the big Schottky. So the capacitors are better protected against reverse bias. And the Schottkys themselves never see more than 2.2V reverse bias, so they can be low voltage devices like the 45V parts shown.)

更多大廠牌的線路如下,不過不要跟Ground loop breaker搞混了,也就是下圖Bryston連接P1到Central ground中間的線路,兩者有點像。












Class A-Like Topology

- "New Class A" bias module (see Technics folklore - synchro bias) - "Super-A" bias module (see JVC folklore) - "No...