Pi filtras

Filtrai dažniausiai naudojami maitinimo ir garso elektronikoje, norint atmesti nepageidaujamus dažnius. Yra daug įvairių filtrų tipų, naudojamų elektroninių grandinių projektuose, remiantis programa, tačiau visų jų pagrindinė koncepcija yra ta pati, tai yra pašalinti nepageidaujamus signalus. Visus šiuos filtrus galima suskirstyti į du tipus - aktyvūs filtrai ir pasyvūs filtrai. Aktyvus filtras naudoja vieną ar daugiau aktyvių komponentų su kitais pasyviais komponentais, o pasyvūs filtrai gaminami tik naudojant pasyvius komponentus. Mes jau išsamiai aptarėme šiuos filtrus:

• Aktyvus aukšto dažnio filtras
• Aktyvus žemų dažnių filtras
• Pasyvus aukšto dažnio filtras
• Pasyvus žemų dažnių filtras
• Bandpass filtras
• Harmoninis filtras

Šioje pamokoje mes sužinome dar vieną naujo tipo filtrą, vadinamą Pi filtru, kuris labai dažnai naudojamas kuriant maitinimo grandines. Mes jau naudojome „Pi-Filter“ keliuose ankstesniuose maitinimo šaltinių projektuose, tokiuose kaip ši 5V 2A SMPS grandinė ir 12V 1A SMPS grandinė. Taigi išsiaiškinkime, kokie yra šie filtrai ir kaip juos suprojektuoti.

Pi filtras

Pi filtras yra pasyvaus filtro tipas, kurį sudaro daugiausia trys komponentai, išskyrus tradicinius dviejų elementų pasyviuosius filtrus. Visų komponentų konstrukcijos išdėstymas sukuria graikiškos raidės Pi (π) formą, taigi ir pavadinimą Pi skyrius Filtras.

Daugeliu atvejų Pi filtrai naudojami žemo dažnio filtrų taikymui, tačiau galima ir kita konfigūracija. Pagrindinis Pi filtro komponentas yra kondensatorius ir induktorius, todėl jis yra LC filtras. Taikant žemo dažnio filtrą, Pi filtras taip pat vadinamas kondensatoriaus įvesties filtru, nes kondensatorius lieka per įėjimo pusę žemo dažnio konfigūracija.

Pi filtras kaip žemo dažnio filtras

Pi filtras yra puikus žemo dažnio filtras, kuris daug skiriasi nuo tradicinio LC Pi filtro. Kai Pi filtras suprojektuotas žemam pralaidumui, išėjimas išlieka stabilus, kai pastovus k koeficientas.

Iš žemo dažnio filtro konstrukcija naudojant Pi konfigūraciją yra gana paprasta. Pi filtras grandinė susideda iš dviejų kondensatorių lygiagrečiai sujungtų po kurio serijoje sudarančių Pi formą induktoriaus, kaip parodyta žemiau atvaizdo

Kaip matyti aukščiau pateiktame paveikslėlyje, jis susideda iš dviejų kondensatorių, sujungtų su žeme tarpiniu serijos induktoriumi. Kadangi tai yra žemo dažnio filtras, jis sukuria didelę impedanciją aukštu dažniu ir mažą impedanciją žemu dažniu. Taigi jis paprastai naudojamas perdavimo linijoje blokuoti nepageidaujamus aukštus dažnius.

Pi filtro skaičiavimo konstrukciją ir komponentų vertes galima nustatyti iš žemiau pateiktos lygties, kad būtų suprojektuotas jūsų programos Pi filtras.

Ribinis dažnis (fc) = 1 / ᴫ (LC) ^1/2 Talpos vertė yra (C) = 1 / Z _{0ᴫfc Induktyvumo} vertė (L1) = Z ₀ / ᴫfc Kur, Z ₀ yra impedanso charakteristika omais ir fc yra ribinis dažnis.

Pi filtras kaip aukšto dažnio filtras

Kaip ir žemo dažnio filtras, pi filtrai taip pat gali būti sukonfigūruoti kaip aukšto dažnio filtrai. Tokiu atveju filtras blokuoja žemą dažnį ir leidžia perduoti aukštą dažnį. Jis taip pat gaminamas naudojant dviejų tipų pasyviuosius komponentus, du induktorius ir vieną kondensatorių.

Žemo dažnio konfigūracijoje filtras yra suprojektuotas taip, kad du kondensatoriai yra lygiagrečiai su induktoriumi tarp jų, tačiau esant aukšto dažnio konfigūracijai, pasyviųjų komponentų padėtis ir kiekis yra visiškai priešingi. Vietoj vieno induktoriaus čia naudojami du atskiri induktoriai su vienu kondensatoriumi.

Aukščiau pateiktame „ Pi Filter“ grandinės vaizde rodomas filtras aukšto dažnio konfigūracijoje, jau nekalbant apie konstrukciją, kuri taip pat atrodo kaip simbolis Pi. Pi filtro konstrukciją ir komponentų vertes galima nustatyti iš šios lygties:

Ribinis dažnis (fc) = 1 / 4ᴫ (LC) ^1/2 Talpos vertė yra (C) = 1 / 4Z _{0ᴫfc Varžos} vertė (L1) = Z ₀ / 4ᴫfc Kur, Z ₀ yra impedanso charakteristika omais ir fc yra ribotas dažnis.

Pi filtro privalumai

Didelė išėjimo įtampa

Išėjimo įtampa per pi filtrą yra gana didelė, todėl ji tinka labiausiai su energija susijusiam taikymui, kur reikalingi aukštos įtampos nuolatinės srovės filtrai.

Mažas pulsacijos koeficientas

Konfigūruotas kaip žemo dažnio filtras Nuolatinės srovės filtravimo tikslais Pi filtras yra efektyvus filtras, skirtas filtruoti nepageidaujamą kintamosios srovės bangavimą iš tilto lygintuvo. Kondensatorius teikia mažą varžą kintamosios srovės srovėje, bet didelį atsparumą nuolatinėje srovėje dėl talpos ir reaktyvumo poveikio. Dėl šios mažos impedansinės kintamosios srovės, pirmasis Pi filtro kondensatorius aplenkia kintamosios srovės bangas, gaunamas iš tilto lygintuvo. Apeinamas kintamosios srovės bangavimas eina į induktorių. Induktorius priešinasi srovės srauto pokyčiams ir blokuoja kintamosios srovės bangas, kurias toliau filtruoja antrasis kondensatorius. Šie keli filtravimo etapai padeda sukurti labai mažą sklandų nuolatinės srovės išėjimą per Pi filtrą.

Lengva suprojektuoti naudojant RF programas

Valdomoje radijo dažnių aplinkoje, kur reikalingas aukštesnio dažnio perdavimas, pavyzdžiui, GHz juostoje, aukšto dažnio Pi filtrus lengva ir lanksčiai pagaminti PCB naudojant tik PCB pėdsakus. Aukšto dažnio Pi filtrai taip pat suteikia viršįtampio imunitetą labiau nei silicio filtrai. Pavyzdžiui, silicio mikroschemos įtampa yra ribota, o pi filtrai, pagaminti naudojant pasyvius komponentus, turi daug didesnį atsparumą viršįtampių ir atšiaurios pramoninės aplinkos atžvilgiu.

„Pi“ filtro trūkumai

Didesnės galios induktoriaus vertės, išskyrus RF konstrukciją, nepatartina didelės srovės semti per Pi filtrą, nes srovė turi tekėti per induktorių. Jei ši apkrovos srovė yra gana didelė, induktoriaus galia taip pat padidėja, todėl ji yra didelė ir brangi. Taip pat didelė srovė per induktorių padidina induktoriaus galios išsisklaidymą, dėl kurio prastas efektyvumas.

Didelės vertės įvesties kondensatorius

Kita didelė Pi filtro problema yra didelė įėjimo talpos vertė. Pi filtrams reikalinga didelė talpa per įvestį, o tai tapo iššūkiu ribotoje erdvėje. Be to, didelės vertės kondensatoriai padidina projekto kainą.

Blogojo įtampos reguliavimo

Pi filtrai netinka, kai apkrovos srovės nėra stabilios ir nuolat kinta. „Pi“ filtrai užtikrina blogą įtampos reguliavimą, kai apkrovos srovė labai nukrenta. Tokioje programoje rekomenduojami filtrai su L sekcija.

Pi filtrų taikymas

Maitinimo keitikliai

Kaip jau buvo aptarta, Pi filtrai yra puikus nuolatinės srovės filtras, skirtas slopinti kintamosios srovės bangas. Dėl tokio elgesio Pi filtrai yra plačiai naudojami „Power Electronic“ projektuose, tokiuose kaip kintamosios srovės keitiklis, dažnio keitiklis ir kt. Tačiau „Power Electronics“ Pi filtrai naudojami kaip žemo dažnio filtrai, o mes jau suprojektavome Pi filtro maitinimo grandinę, skirtą mūsų 12V 1A SMPS dizainas, kaip parodyta žemiau.

Paprastai Pi filtrai yra tiesiogiai sujungti su tilto lygintuvu, o Pi filtrų išvestis vadinama aukštos įtampos nuolatine srove. Išėjimas DC aukštoji įtampa naudojama maitinimo šaltinio tvarkyklės grandinei tolesniam veikimui.

Ši konstrukcija, pradedant „Bridge“ lygintuvo diodu ir baigiant vairuotoju, veikia skirtingai, veikiant „ Pi-Filter“. Pirma, šis Pi filtras užtikrina sklandžią nuolatinę nuolatinės srovės veikimą be variklio veikimo visoje tvarkyklės grandinėje, dėl kurio mažas galios maitinimo šaltinio išėjimo bangavimas, o kitas yra skirtas pagrindinėms linijoms izoliuoti nuo aukšto perjungimo dažnio. vairuotojo grandinė.

Tinkamai sukonstruotas linijos filtras gali užtikrinti bendrojo režimo filtrą (filtrą, kuris atmeta triukšmo signalą, tarsi nepriklausomą vieną laidininką) ir diferencinį režimą (diferencijuojant du perjungimo dažnio triukšmus, ypač aukšto dažnio triukšmą, kurį galima pridėti prie elektros tinklo) maitinimo šaltinyje, kur Pi filtras yra svarbus komponentas. Pi filtras taip pat vadinamas „ Power Line“ filtru, jei naudojamas „Power Electronics“ programoje.

RF taikymas

RF programoje Pi filtrai naudojami skirtingose ​​operacijose ir skirtingose ​​konfigūracijose. Pavyzdžiui, taikant RF, impedanso suderinimas yra didžiulis faktorius, o Pi filtrai naudojami impedansui suderinti visose RF antenose ir prieš RF stiprintuvus. Tačiau maksimaliais atvejais, kai naudojamas labai aukštas dažnis, pavyzdžiui, GHz juostoje, Pi filtrai naudojami signalo perdavimo linijoje ir suprojektuoti naudojant tik PCB pėdsakus.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje rodomi PCB pėdsakų filtrai, kur pėdsakas sukuria induktyvumą ir talpą labai aukšto dažnio programose. Be perdavimo linijos, Pi ryšio filtrai taip pat naudojami radijo dažnio ryšio įrenginiuose, kur vyksta moduliacija ir demoduliacija. Pi filtrai yra skirti tiksliniam dažniui, kad būtų galima demoduliuoti signalą, gavus jį imtuvo pusėje. Aukšto dažnio Pi filtrai taip pat naudojami norint apeiti tikslinį aukštą dažnį į stiprinimo ar perdavimo etapus.

„Pi-Filter“ dizaino patarimai

Norint sukurti tinkamą Pi filtrą, reikia kompensuoti tinkamą PCB projektavimo taktiką, kad veiktų be problemų. Šie patarimai yra išvardyti toliau.

„Power Electronics“

• „Pi“ filtro makete reikia storų pėdsakų.
• Būtina izoliuoti Pi filtrą nuo maitinimo bloko.
• Atstumas tarp įvesties kondensatoriaus, induktoriaus ir išėjimo kondensatoriaus turi būti uždarytas.
• Išvesties kondensatoriaus įžeminimo plokštumą reikia tiesiogiai prijungti prie vairuotojo grandinės per tinkamą įžeminimo plokštumą.
• Jei konstrukciją sudaro triukšmingos linijos (pvz., Aukštos įtampos jutiklio linija vairuotojui), kurias reikia prijungti per aukštos įtampos nuolatinę srovę, pėdsaką reikia prijungti prieš galutinį Pi filtrų išėjimo kondensatorių. Tai pagerina triukšmo atsparumą ir nepageidaujamą triukšmo įpurškimą visoje vairuotojo grandinėje.

RF grandinėje

• Komponentų pasirinkimas yra pagrindinis RF taikymo kriterijus. Pagrindinį vaidmenį vaidina komponentų tolerancija.
• Nedidelis PCB pėdsakų padidėjimas gali sukelti induktyvumą grandinėje. Reikėtų tinkamai pasirūpinti induktoriaus parinkimu, atsižvelgiant į PCB pėdsakų induktyvumą. Dizainas turėtų būti atliekamas naudojant tinkamą taktiką, kad būtų sumažintas klajojantis induktyvumas.
• Reikia kuo labiau sumažinti klaidžiojančią talpą.
• Būtina uždara vieta.
• Koaksialinis kabelis yra tinkamas įvesties ir išvesties RF programoje.