電路板廠講解電源Pi濾波器的設(shè)計

Pi濾波器是一種無源濾波器，其名稱來源于以希臘字母Pi（π）形狀排列的三個組件。 Pi 濾波器可以設(shè)計為低通或高通濾波器，具體取決于所使用的組件。

用于電源濾波的低通濾波器由輸入和輸出之間串聯(lián)的電感器和兩個電容器組成，一個電容器跨接在輸入端，另一個電容器跨接在輸出端。 Pi濾波器在電源中的主要應(yīng)用是通過充當(dāng)?shù)屯V波器來平滑整流器的輸出。

高通濾波器的等效電路是在輸入和輸出之間串聯(lián)一個電容器和兩個電感器形成的，其中一個電感器橋接輸入，另一個橋接輸出。

本文僅關(guān)注低通濾波器的布置。

基本原則

組成Pi濾波器的三個元件分別起到阻止交流電流和通過直流電流的作用。 輸入電容器執(zhí)行濾除交流分量的第一個也是最重要的階段。 接下來，電感器執(zhí)行下一個濾波階段，以有效消除任何紋波。 最后，輸出電容器過濾通過電感器的任何交流分量。 PCB加工和PCB設(shè)計。 PCBA廠商將講解電源的Pi濾波器設(shè)計以及低通濾波器的排列。

特征

Pi濾波器將以最小的電流消耗產(chǎn)生高輸出電壓，并且僅在輸出端產(chǎn)生很小的壓降。 與其他類型的濾波器相比，該濾波器的另一個主要優(yōu)點是可以很好地減少紋波。 然而，當(dāng)負載施加到輸出時，任何流過濾波器的電流都會引起電壓降，因此Pi濾波器無法提供電壓調(diào)節(jié)。 該電流也會流過電感器，這意味著在高輸出電壓的應(yīng)用中需要具有高額定功率的電感器。 此限制還必須與高輸入電容要求和高額定電壓相平衡。 此外，此類元件體積龐大且價格昂貴，這會影響電路板的設(shè)計。

電壓調(diào)節(jié)

Pi濾波器需要穩(wěn)定的輸出電壓才能有效。 改變輸出負載或高電流漂移將導(dǎo)致電壓調(diào)節(jié)不良。 它們的交流供電電源應(yīng)用通常緊接在橋式整流器電路之后和開關(guān)模式控制電路之前。 它們的目的是最大限度地減少電源電路轉(zhuǎn)換器級輸入端整流器電源線上的紋波。

電源隔離

用變壓器替換低通 Pi 濾波器中的電感器將提供相同的紋波濾波功能，但具有在整流器輸出和開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器之間提供隔離的優(yōu)點。 另一個優(yōu)點是變壓器還將提供雙向共模噪聲濾波。 一方面，它減少了整流器輸出的交流輸入處出現(xiàn)的噪聲。 另一方面，可以防止開關(guān)電源變換電路產(chǎn)生的高頻噪聲通過電源傳導(dǎo)回電源線。 在此配置中，Pi 濾波器也稱為電源線濾波器。

阻抗匹配

與簡單的 LC 濾波器相比，Pi 濾波器的優(yōu)點之一是它們?yōu)殡娐吩O(shè)計人員提供了更大的阻抗匹配靈活性。 簡單的 LC 濾波器僅具有單個元件值，其中濾波器生成給定頻率所需的阻抗。 相比之下，Pi 濾波器將具有多種元件值組合，所有這些組合都會產(chǎn)生給定頻率所需的阻抗。 不同的選項將具有不同的 Q 因子，允許設(shè)計人員選擇最適合他們正在設(shè)計的電路的諧振行為，并權(quán)衡效率。

設(shè)計約束

對于標準 Pi 濾波器，元件的典型尺寸和重量需要分配大量電路板面積。 還需要小心安裝，以防止任何外部振動轉(zhuǎn)化為元件的物理位移，從而導(dǎo)致連接到 PCB 的引線和焊點破裂。

Pi 濾波器通常用于高功率應(yīng)用。 因此，濾波器元件之間的走線應(yīng)盡可能短，并且連接和走線中的電流密度應(yīng)盡可能低。 在涉及高電流的情況下，電感器/變壓器將需要熱管理以防止過熱效應(yīng)。

當(dāng)需要隔離時，電源線濾波器可以作為獨立的現(xiàn)成單元納入設(shè)計中，或作為電源連接電路中的外部組件處理。 此選項將導(dǎo)致更高的單位成本、簡化電路板設(shè)計并可能降低總體制造成本。

概括

只要任何物理尺寸和重量限制以及熱管理問題不妨礙其使用，Pi 濾波器就有助于減少電源電路中的功率紋波。 它們的電壓調(diào)節(jié)限制使其不適合用作輸出濾波器，但它們非常適合用作電源電路中的中間濾波器級。 基于變壓器的 Pi 濾波器還為安全相關(guān)應(yīng)用的設(shè)計提供電源隔離，這是一個額外的好處。 PCB加工、PCB設(shè)計、PCBA加工廠家將為大家講解電源的Pi濾波器設(shè)計以及低通濾波器的排列。