Pi濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計(jì)技巧

Pi濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計(jì)技巧濾波器通常用于電源和音頻電子設(shè)備，以抑制不需要的頻率。根據(jù)應(yīng)用，在電子電路設(shè)計(jì)中使用了許多不同類型的濾波器，但它們的基本概念是相同的，即去除不需要的信號(hào)。所有這些濾波器可分為兩種類型-有源濾波器和無源濾波器。有源濾波器使用一個(gè)或多個(gè)有源元件和其他無源元件，而無源濾波器僅使用無源元件制成。在本教程中，我們學(xué)習(xí)了另一種稱為Pi濾波器的新型濾波器，它在電源電路設(shè)計(jì)中非常常用。我們已經(jīng)在我們之前的一些電源設(shè)計(jì)中使用了Pi-Filter，例如這個(gè)5V2ASMPS電路和12V1ASMPS電路。因此，讓我們?cè)敿?xì)了解這些過濾器是什么以及如何設(shè)計(jì)它們。Pi濾波器Pi濾波器是一種無源濾波器，除傳統(tǒng)的二元無源濾波器外，主要由三個(gè)組件組成。所有組件的構(gòu)造排列創(chuàng)建了希臘字母Pi（π）的形狀，因此命名為Pi部分Filter。大多數(shù)情況下，Pi濾波器用于低通濾波器應(yīng)用，但也可以使用其他配置。Pi濾波器的主要組件是電容器和電感器，使其成為L(zhǎng)C濾波器。在低通濾波器應(yīng)用中，Pi濾波器也稱為電容器輸入濾波器，因?yàn)殡娙萜髟诘屯ㄅ渲弥斜３衷谳斎雮?cè)。Pi濾波器作為低通濾波器Pi濾波器是一種出色的低通濾波器，與傳統(tǒng)的LCPi濾波器有很大不同。當(dāng)Pi濾波器設(shè)計(jì)用于低通時(shí)，輸出在恒定k因子下保持穩(wěn)定。使用Pi配置的低通濾波器設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。Pi濾波器電路由兩個(gè)并聯(lián)的電容器和一個(gè)串聯(lián)的電感器組成，形成Pi形狀，如下圖所示如上圖所示，它由兩個(gè)電容器組成，它們通過中間的串聯(lián)電感器接地。由于這是一個(gè)低通濾波器，它在高頻產(chǎn)生高阻抗，在低頻產(chǎn)生低阻抗。因此，它通常用于傳輸線路中以阻止不需要的高頻。Pi濾波器計(jì)算的構(gòu)造和組件值可以從以下等式推導(dǎo)出來為您的應(yīng)用設(shè)計(jì)Pi濾波器。截止頻率（fc）=1/?（LC）1/2電容值是（C）=1/Z0?fc電感值（L1）=Z0/?fc其中，Z0是阻抗特性以歐姆為單位，fc是截止頻率。Pi濾波器作為高通濾波器與低通濾波器一樣，pi濾波器也可以配置為高通濾波器。在這種情況下，濾波器阻止低頻并允許高頻通過。它還使用兩種類型的無源元件、兩個(gè)電感器和一個(gè)電容器制成。在低通配置中，濾波器設(shè)計(jì)為兩個(gè)電容并聯(lián)，中間有一個(gè)電感，但在高通配置中，無源元件的位置和數(shù)量正好相反。這里不是使用單個(gè)電感器，而是使用兩個(gè)單獨(dú)的電感器和單個(gè)電容器。上面的Pi濾波器電路圖像顯示的是高通配置中的濾波器，更不用說結(jié)構(gòu)也看起來像一個(gè)符號(hào)Pi。Pi濾波器的結(jié)構(gòu)和分量值可以從以下等式得出-截止頻率（fc）=1/4?（LC）1/2電容值（C）=1/4Z0?fc阻抗值（L1）=Z0/4?fc其中，Z0是以歐姆為單位的阻抗特性，fc是截止頻率。Pi濾波器的優(yōu)點(diǎn)高輸出電壓pi濾波器的輸出電壓非常高，使其適用于需要高壓直流濾波器的大多數(shù)功率相關(guān)應(yīng)用。低紋波系數(shù)配置為低通濾波器在直流濾波目的中，Pi濾波器是一種高效濾波器，可濾除來自橋式整流器的不需要的交流紋波。由于電容和電抗的影響，電容器在交流中提供低阻抗，但在直流中提供高電阻。由于AC兩端的低阻抗，Pi濾波器的第一個(gè)電容器繞過了來自橋式整流器的AC紋波。旁路的交流紋波進(jìn)入電感器。電感器抵抗電流的變化并阻止由第二個(gè)電容器進(jìn)一步過濾的交流紋波。這些多級(jí)濾波有助于在Pi濾波器上產(chǎn)生非常低的紋波平滑直流輸出。在RF應(yīng)用中易于設(shè)計(jì)在受控的RF環(huán)境中，需要更高頻率的傳輸，例如在GHz頻帶中，高頻Pi濾波器很容易和靈活地在PCB中使用PCB走線制造。高頻Pi濾波器還提供比硅基濾波器更多的浪涌抗擾度。例如，硅芯片的耐壓能力有限，而使用無源元件制成的pi濾波器在浪涌和惡劣的工業(yè)環(huán)境方面具有更高的抗擾度。Pi過濾器的缺點(diǎn)更高功率的電感值除射頻設(shè)計(jì)外，不建議通過Pi濾波器消耗大電流，因?yàn)殡娏鞅仨毩鬟^電感。如果此負(fù)載電流相對(duì)較高，則電感器的功率也會(huì)增加，從而使其體積龐大且價(jià)格昂貴。此外，通過電感器的大電流會(huì)增加電感器的功耗，從而導(dǎo)致效率低下。高值輸入電容Pi濾波器的另一個(gè)主要問題是輸入電容值大。Pi濾波器需要輸入端的高電容，這在空間受限的應(yīng)用中成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。此外，高價(jià)值電容器增加了設(shè)計(jì)成本。不良電壓調(diào)節(jié)Pi濾波器不適用于負(fù)載電流不穩(wěn)定且不斷變化的情況。當(dāng)負(fù)載電流漂移很大時(shí)，Pi濾波器會(huì)提供不良的電壓調(diào)節(jié)。在這樣的應(yīng)用中，推薦使用帶有L部分的濾波器。Pi濾波器的應(yīng)用電源轉(zhuǎn)換器如前所述，Pi濾波器是一種出色的直流濾波器，可抑制交流紋波。由于這種行為，Pi濾波器廣泛用于電力電子設(shè)計(jì)，如AC-DC轉(zhuǎn)換器、變頻器等。然而，在電力電子中，Pi濾波器用作低通濾波器，我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)Pi濾波器電源電路，用于我們的12V1ASMPS設(shè)計(jì)如下所示。通常，Pi濾波器直接與橋式整流器相連，Pi濾波器的輸出稱為高壓直流。輸出直流高壓用于電源驅(qū)動(dòng)器電路以供進(jìn)一步操作。這種結(jié)構(gòu)，從橋式整流二極管到驅(qū)動(dòng)器與Pi-Filter的工作方式不同。首先，該P(yáng)i濾波器為整個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路的無紋波操作提供平滑直流，從而導(dǎo)致電源最終輸出的輸出紋波低，另一個(gè)用于將主線路與整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的高開關(guān)頻率隔離。驅(qū)動(dòng)電路。正確構(gòu)造的線路濾波器可以提供共模過濾（一種像獨(dú)立單導(dǎo)體一樣抑制噪聲信號(hào)的濾波器）和差模過濾（區(qū)分兩個(gè)開關(guān)頻率噪聲，尤其是可以添加到電源線中的高頻噪聲）在Pi濾波器是重要組件的電源中。如果在電力電子應(yīng)用中使用pi濾波器，也稱為電力線濾波器。射頻應(yīng)用在射頻應(yīng)用中，Pi濾波器用于不同的操作和不同的配置。例如，在射頻應(yīng)用中，匹配阻抗是一個(gè)重要因素，Pi濾波器用于匹配射頻天線和射頻放大器之前的阻抗。然而，在使用非常高頻率的大多數(shù)情況下，例如在GHz頻帶中，Pi濾波器用于信號(hào)傳輸線，并且僅使用PCB走線進(jìn)行設(shè)計(jì)。上圖顯示了基于PCB走線的濾波器，其中走線會(huì)在高頻應(yīng)用中產(chǎn)生電感和電容。除傳輸線外，Pi濾波器還用于RF通信設(shè)備，在這些設(shè)備中進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)。Pi濾波器設(shè)計(jì)用于目標(biāo)頻率，以便在接收端接收后解調(diào)信號(hào)。高通Pi濾波器還用于將目標(biāo)高頻旁路到放大或傳輸級(jí)。Pi濾波器設(shè)計(jì)技巧要設(shè)計(jì)合適的Pi濾波器，需要補(bǔ)償適當(dāng)?shù)腜CB設(shè)計(jì)策略以實(shí)現(xiàn)無故障運(yùn)行，下面列出了這些技巧。在電力電子Pi濾波器布局中需要粗跡線。將Pi濾波器與電源單元隔離是必不可少的。需要關(guān)閉輸入電容、電感和輸出電容之間的距離。輸出電容的接地層需要通過適當(dāng)?shù)慕拥貙又苯舆B接到驅(qū)動(dòng)電路。如果設(shè)計(jì)包含需要跨高壓直流連接的噪聲線（例如驅(qū)動(dòng)器的高壓感應(yīng)線），則需要在Pi濾波器的最終輸出電容器之前連接走線。這提高了驅(qū)動(dòng)器