Пи филтер

Филтери се обично користе у енергетској и аудио електроници за одбацивање нежељених фреквенција. Постоји много различитих врста филтера који се користе у дизајнирању електронских кола заснованих на примени, али основни концепт свих њих је исти, односно уклањање нежељених сигнала. Сви ови филтери могу се сврстати у два типа - активни и пасивни. Активни филтер користи једну или више активних компонената са осталим пасивним компонентама, док се пасивни филтери израђују искључиво од пасивних компонената. О овим филтрима смо већ детаљно разговарали:

Активни високопропусни филтер
Активни нископропусни филтер
Пасивни високопропусни филтер
Пасивни нископропусни филтер
Бандпасс филтер
Хармонски филтер

У овом упутству сазнајемо још један нови тип филтера под називом Пи филтер, који се врло често користи у дизајнирању кругова напајања. Пи-филтер смо већ користили у неколико наших претходних дизајна напајања, попут овог 5В 2А СМПС кола и 12В 1А СМПС круга. Дакле, идемо у детаље о томе који су то филтери и како их дизајнирати.

Пи-филтер

Пи филтер је врста пасивног филтера који се састоји од углавном три компоненте које нису традиционални пасивни филтери са два елемента. Конструкцијски распоред свих компоненти ствара облик грчког слова Пи (π), па је тако и назив Пи одељак Филтер.

У већини се Пи филтери користе за примену филтера ниског пролаза, али је могућа и друга конфигурација. Главна компонента Пи филтера су кондензатор и пригушница што га чини ЛЦ филтером. У апликацији филтра ниских пролаза, Пи филтер се такође назива улазни филтер кондензатора, јер кондензатор остаје преко улазне стране у конфигурацији ниских пролаза.

Пи филтер као нископропусни филтер

Пи филтер је одличан нископропусни филтер који се много разликује од традиционалног ЛЦ Пи филтра. Када је Пи филтер дизајниран за нископропусни излаз, излаз остаје стабилан са константним к фактором.

Дизајн ниског филтар користећи конфигурацију Пи је прилично једноставан. Пи Филтер коло се састоји од два кондензатора повезаних паралелно праћено индуктор у серији формирају облик Пи како је приказано на слици испод

Као што се види на горњој слици, састоји се од два кондензатора који су повезани са масом између серијских индуктора. Како је ово нископропусни филтер, он ствара високу импедансу на високој фреквенцији и малу импедансу на ниској фреквенцији. Стога се обично користи у далеководу за блокирање нежељених високих фреквенција.

Конструкција и вредности компонената прорачуна Пи филтера могу се извести из доленаведене једначине за дизајн Пи филтера за вашу апликацију.

Пресечена фреквенција (фц) = 1 / ᴫ (ЛЦ) ^1/2 Вредност капацитивности је (Ц) = 1 / З _0ᴫфц Вредност индуктивности (Л1) = З ₀ / ᴫфц Где је З ₀ карактеристика импедансе у охима и фц је фреквенција одсецања.

Пи филтер као високопропусни филтер

Као и нископропусни филтер, пи филтери такође могу бити конфигурисани као високопропусни филтри. У том случају, филтер блокира ниску фреквенцију и омогућава пролазак високе фреквенције. Такође се прави помоћу две врсте пасивних компонената, две индуктивности и једног кондензатора.

У нископропусној конфигурацији филтер је дизајниран тако да су два кондензатора паралелно са индуктивитетом између, али у конфигурацији проласка, положај и количина пасивних компонената добијају управо супротно. Уместо једне индуктивности, овде се користе две одвојене индуктивности са једним кондензатором.

Горња слика кола Пи филтра приказује филтер у високопропусној конфигурацији, а да не помињемо конструкција такође изгледа као симбол Пи. Конструкција и вредности компонената Пи филтера могу се извести из доње једначине -

Пресечена фреквенција (фц) = 1 / 4ᴫ (ЛЦ) ^1/2 Вредност капацитивности је (Ц) = 1 / 4З _0ᴫфц Вредност импедансе (Л1) = З ₀ / 4ᴫфц Где је З ₀ карактеристика импедансе у охима и фц је гранична фреквенција.

Предности Пи филтера

Високи излазни напон

Излазни напон на пи филтру је прилично висок што га чини погодним за примену са највише снаге где су потребни високонапонски једносмерни филтри.

Низак фактор таласа

Конфигурисан као нископропусни филтер У сврху филтрације једносмерном струјом, Пи филтер је ефикасан филтер за филтрирање нежељеног валовитог наизменичног напона који долази из исправљача моста. Кондензатор пружа малу импедансу у наизменичном, али велики отпор у једносмерној струји због утицаја капацитивности и реактанције. Због ове мале импедансе на АЦ, први кондензатор Пи филтера заобилази валовитост наизменичне струје која долази из исправљача моста. Заобиђено таласа наизменичне струје одлази у индуктор. Пригушница се одупире променама протока струје и блокира таласа наизменичне струје који даље филтрира други кондензатор. Ове вишеструке фазе филтрирања помажу у стварању врло ниског таласастог једносмерног излаза на Пи филтеру.

Једноставно дизајнирање у РФ апликацијама

У контролисаном РФ окружењу, где је потребан пренос веће фреквенције, на пример у опсегу ГХз, високофреквентни Пи филтри се лако и флексибилно израђују у ПЦБ-у користећи само трагове ПЦБ-а. Високофреквентни Пи филтри такође пружају пренапонски имунитет више од филтера на бази силицијума. На пример, силиконски чип има ограничење издржљивости напона, док пи филтри направљени од пасивних компонената имају много више имунитета у погледу пренапона и тешких индустријских окружења.

Мане Пи филтера

Веће вредности индуктора снаге, осим РФ дизајна, није препоручљиво привлачење велике струје кроз Пи филтер јер струја мора пролазити кроз индуктор. Ако је ова струја оптерећења релативно велика, тада се и снага индуктора повећава што га чини гломазним и скупим. Такође, велика струја кроз индуктор повећава расипање снаге кроз индуктор што резултира лошом ефикасношћу.

Улазни кондензатор

велике вредности Још један главни проблем Пи филтера је велика вредност улазног капацитета. Пи филтри захтевају високу капацитивност на улазу, што је постало изазов у апликацијама са ограниченим простором. Такође, кондензатори велике вредности повећавају трошкове дизајна.

Пи филтери са лошом регулацијом напона нису погодни тамо где струје оптерећења нису стабилне и стално се мењају. Пи филтри пружају лошу регулацију напона када струја оптерећења много одступа. У таквој апликацији се препоручују филтери са Л пресеком.

Примена Пи филтера

Претварачи снаге

Као што је већ речено, Пи филтри су одличан ДЦ филтер за сузбијање валова наизменичне струје. Због овог понашања, Пи филтри се широко користе у дизајну Повер Елецтрониц-а попут АЦ-ДЦ претварача, претварача фреквенције итд. Међутим, у Повер Елецтроницс Пи филтри се користе као нископропусни филтер, а ми смо већ дизајнирали круг напајања Пи филтера, за наш 12В 1А СМПС дизајн као што је приказано доле.

Генерално, Пи филтри су директно повезани са мостовским исправљачем, а излаз Пи филтера назива се високонапонски једносмерни ток. Излазни ДЦ високи напон користи се за склоп драјвера напајања за даљи рад.

Ова конструкција, од мостне исправљачке диоде до возача, има другачији рад са радом Пи-филтера. Прво, овај Пи филтер обезбеђује глатку једносмерну струју за рад без таласа целокупног управљачког кола, што резултира ниским излазним таласањем коначног излаза напајања, а други је за изолацију главних водова од високе фреквенције укључивања преко коло возача.

Правилно конструисани линијски филтер може обезбедити филтрирање у уобичајеном режиму (филтер који одбија сигнал шума као да је независни једноструки проводник) и филтрирање у диференцијалном режиму (разликовање две буке прекидачке фреквенције, посебно високофреквентне буке која се може додати у мрежни вод) у напајању где је Пи филтер важна компонента. Пи филтер се такође назива и Повер Лине филтером ако се користи у апликацији Повер Елецтроницс.

РФ апликација

У РФ апликацији, Пи филтри се користе у различитим операцијама и различитим конфигурацијама. На пример, у РФ апликацијама подударна импеданција је огроман фактор и Пи филтри се користе за подударање импедансе у РФ антенама и пре РФ појачала. Међутим, у максималним случајевима када се користе врло високе фреквенције, попут оне у ГХз опсегу, Пи филтри се користе у линији за пренос сигнала и дизајнирани су користећи само ПЦБ трагове.

Горња слика приказује филтере засноване на ПЦБ траговима где траг ствара индуктивност и капацитивност у апликацијама веома високе фреквенције. Осим далековода, Пи филтери се такође користе у РФ комуникационим уређајима, где се одвијају модулација и демодулација. Пи филтри су дизајнирани за циљану фреквенцију за демодулацију сигнала након пријема на пријемничку страну. Високопропусни Пи филтри се такође користе за заобилажење циљане високе фреквенције у фазе појачања или преноса.

Савети за дизајн пи-филтера

Да бисте дизајнирали одговарајући Пи филтер, потребно је надокнадити правилну тактику дизајна ПЦБ-а за несметан рад, ови савети су наведени у наставку.

У Повер Елецтроницс

У распореду Пи филтера потребни су густи трагови.
Изолација Пи филтера од јединице за напајање је од суштинске важности.
Потребно је затворити растојање између улазног кондензатора, пригушнице и излазног кондензатора.
Равнотежа уземљења излазног кондензатора потребна је за директно повезивање са струјним кругом преко одговарајуће равни уземљења.
Ако се дизајн састоји од бучних водова (као што је високонапонска сензорска линија за возач) које треба повезати преко високонапонског једносмерног напона, потребно је повезати траг пре коначног излазног кондензатора Пи филтера. Ово побољшава отпорност на буку и нежељено убризгавање буке у склоп возача.

У РФ кругу

Избор компоненте је главни критеријум за РФ апликацију. Толеранција компонената игра главну улогу.
Мали пораст трага ПЦБ-а могао би да индукује индуктивност у колу. Треба правилно водити рачуна о одабиру индуктора узимајући у обзир индуктивност ПЦБ трага. Дизајн треба израдити користећи одговарајуће тактике за смањење залутале индуктивности.
Залутали капацитет је потребан да би се свео на минимум.
Затворен пласман је потребан.
Коаксијални кабл је погодан за улаз и излаз у РФ апликацији.