LC滤波器电源设计技巧

关键的外卖

• 了解LC过滤器的基础知识。

• 了解为什么电源的LC滤波器是重要的。

• 学习设计电源LC滤波器的技巧。

交流噪声影响各种部件的精度、稳定性和功能。

我一直以为高品质的咖啡豆和昂贵的咖啡机就能做出完美的意式浓缩咖啡。在观看了一位世界级咖啡师的表演后，我意识到我错了。除了卓越的技术，滤水器决定了浓缩咖啡的最终效果。

见证这位大师让我大开眼界，因为你需要多么细致地制作一杯完美的咖啡。在设计电源时，这种体验还突出了一个类似但经常被忽视的方面。可能没有水过滤器，但你需要为电源安装LC过滤器。

什么是LC过滤器?

如果你需要一个基本的刷新，LC过滤器是低通滤波器内置电感和电容器。这是为了防止某些高频交流元件通过电路。这是LC滤波器的典型结构。

LC低通滤波器基本电路原理图。

在更高的频率下，电感器的作为一个扼流圈，它阻止交流元件通过。同时，电容阻抗降低，形成高频元件通过通路。LC滤波器的思想是防止高频交流元件流向负载。

为什么电源需要LC滤波器?

在理想的情况下，电压从输出直流电源在示波器上观察是一条完美的水平线。然而，世界远不是理想的，电压从来都不是完美的线。

直流电源易受交流纹波影响还有噪音，对于开关电源调节器来说更是如此。开关和转换频率产生超过500千赫的波纹，这通常与输出电压耦合。即使你坚持使用线性调节器，你也会有来自市电频率或数字干扰的交流组件。

就像未经过滤的水会毁掉一杯浓缩咖啡一样，流入调节器输出的交流电波纹也会影响系统功能。模块，如ADC、DAC和运算放大器对交流噪声特别敏感接通电源。这些模块的准确性可能会受到影响，在某些情况下，组件可能无法正常工作。

电源噪声不仅影响模拟部件。在一项研究，发现电源噪声使高速微处理器的时钟频率降低6.7%。即使电路可以容忍交流噪声，它仍然可以辐射为电磁干扰并影响其他电子产品。

电源LC滤波器设计技巧

相信我，电源的噪音是恼人的干扰。你无法预测它将如何以及何时影响电路。与一杯煮得不好的咖啡不同，电源噪声干扰系统在该领域的影响要大得多。

因此，您需要确保电源设计带有LC低通滤波器。以下是一些正确执行的技巧:

定位

自然，您会想到将LC滤波器放置在调节器的输出和负载之间。虽然这个位置没有问题，可以实现更好的降噪如果你使用buck调节器，可以在输入端放置LC滤波器。

对于降压稳压器，大部分噪声来自于输入端的开关转换。在输入端添加LC滤波器会产生更大的抑制。

低ESR和ESL电容器

为了有效地抑制高频噪声，您需要选择具有低ESR和ESL值的电容器。如果很难实现，可以考虑并联使用两个电容器，以降低合并ESR和ESL值。

使用低ESR/ESL电解电容器。

LC值

电感和电容器的数值选择似乎是一个简单的过程。毕竟，遵循下面的公式会有什么问题呢?

f = 1 / (2π√LC)

然而，要屏蔽高频噪声，仅仅把两个无源组件放在一起是远远不够的。首先，你会想要选择一个电感与一个相当高的值比电感串联到电源。

把它和合适的匹配起来电容值得到谐振频率．

您需要警惕LC滤波器的欠阻尼响应，因为它可能会导致频率处的峰值振幅。为了防止峰值，一个平行阻尼RC元件被添加到LC滤波器。

它有助于如果你能够模拟LC滤波器与一个行业领先PCB设计和分析软件．OrCAD PCB Designer提供创建电路所需的布局，并与PSpice软件以确保LC滤波器的响应是严重阻尼和衰减正确的频率。

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