电路板厂讲解电源Pi滤波器的设计 ​

电路板厂讲解电源Pi滤波器的设计

Pi滤波器是一种无源滤波器，其名称来源于以希腊字母Pi（π）形状排列的三个组件。 Pi 滤波器可以设计为低通或高通滤波器，具体取决于所使用的组件。

用于电源滤波的低通滤波器由输入和输出之间串联的电感器和两个电容器组成，一个电容器跨接在输入端，另一个电容器跨接在输出端。 Pi滤波器在电源中的主要应用是通过充当低通滤波器来平滑整流器的输出。

高通滤波器的等效电路是在输入和输出之间串联一个电容器和两个电感器形成的，其中一个电感器桥接输入，另一个桥接输出。

本文仅关注低通滤波器的布置。

基本原则

组成Pi滤波器的三个元件分别起到阻止交流电流和通过直流电流的作用。 输入电容器执行滤除交流分量的第一个也是最重要的阶段。 接下来，电感器执行下一个滤波阶段，以有效消除任何纹波。 最后，输出电容器过滤通过电感器的任何交流分量。 PCB加工和PCB设计。 PCBA厂商将讲解电源的Pi滤波器设计以及低通滤波器的排列。

特征

Pi滤波器将以最小的电流消耗产生高输出电压，并且仅在输出端产生很小的压降。 与其他类型的滤波器相比，该滤波器的另一个主要优点是可以很好地减少纹波。 然而，当负载施加到输出时，任何流过滤波器的电流都会引起电压降，因此Pi滤波器无法提供电压调节。 该电流也会流过电感器，这意味着在高输出电压的应用中需要具有高额定功率的电感器。 此限制还必须与高输入电容要求和高额定电压相平衡。 此外，此类元件体积庞大且价格昂贵，这会影响电路板的设计。

电压调节

Pi滤波器需要稳定的输出电压才能有效。 改变输出负载或高电流漂移将导致电压调节不良。 它们的交流供电电源应用通常紧接在桥式整流器电路之后和开关模式控制电路之前。 它们的目的是最大限度地减少电源电路转换器级输入端整流器电源线上的纹波。

电源隔离

用变压器替换低通 Pi 滤波器中的电感器将提供相同的纹波滤波功能，但具有在整流器输出和开关模式电源转换器之间提供隔离的优点。 另一个优点是变压器还将提供双向共模噪声滤波。 一方面，它减少了整流器输出的交流输入处出现的噪声。 另一方面，可以防止开关电源变换电路产生的高频噪声通过电源传导回电源线。 在此配置中，Pi 滤波器也称为电源线滤波器。

阻抗匹配

与简单的 LC 滤波器相比，Pi 滤波器的优点之一是它们为电路设计人员提供了更大的阻抗匹配灵活性。 简单的 LC 滤波器仅具有单个元件值，其中滤波器生成给定频率所需的阻抗。 相比之下，Pi 滤波器将具有多种元件值组合，所有这些组合都会产生给定频率所需的阻抗。 不同的选项将具有不同的 Q 因子，允许设计人员选择最适合他们正在设计的电路的谐振行为，并权衡效率。

设计约束

对于标准 Pi 滤波器，元件的典型尺寸和重量需要分配大量电路板面积。 还需要小心安装，以防止任何外部振动转化为元件的物理位移，从而导致连接到 PCB 的引线和焊点破裂。

Pi 滤波器通常用于高功率应用。 因此，滤波器元件之间的走线应尽可能短，并且连接和走线中的电流密度应尽可能低。 在涉及高电流的情况下，电感器/变压器将需要热管理以防止过热效应。

当需要隔离时，电源线滤波器可以作为独立的现成单元纳入设计中，或作为电源连接电路中的外部组件处理。 此选项将导致更高的单位成本、简化电路板设计并可能降低总体制造成本。

概括

只要任何物理尺寸和重量限制以及热管理问题不妨碍其使用，Pi 滤波器就有助于减少电源电路中的功率纹波。 它们的电压调节限制使其不适合用作输出滤波器，但它们非常适合用作电源电路中的中间滤波器级。 基于变压器的 Pi 滤波器还为安全相关应用的设计提供电源隔离，这是一个额外的好处。 PCB加工、PCB设计、PCBA加工厂家将为大家讲解电源的Pi滤波器设计以及低通滤波器的排列。