电源相关模块笔记

全文框架

1.低通滤波模块

1.1无源滤波器

滤波器可分为有源和无源两类。
无源滤波器有LC和RC两类，LC适用于高频场合，RC适用于低频和功率较小的场合。原因：
1.LC滤波器在低频时L很大，绕线电阻很大，造成低品质因数和信号损耗。
2.RC滤波器在高频时，R和C要很小（时间常数RC必须要小），此时电阻电容的值精度会对电路有很大影响
滤波器结构有以下几种：

1.1.1单电容滤波

在输出端并联一个电容，这种电路较为简单，只有一个一般比较大的电解电容，输出电压随着输出电流变化而变化，外特性比较软，输出特性很差，因此适用于负载电流变化不大的电路，同时负载电流不是很大的场合；为了减少谐波成分，有时候会并联一大一小的电容（小电容的高频特性好，大电容低频特性好）

1.1.2 L型RC滤波

系统函数：

幅频特性（时间常数T=RC）：

为一阶惯性环节，转折频率为1/T。因此，截止频率Wc为1/RC，在截止频率处，信号衰减为0.707倍，滞后45度。
注意R在C之前，否则等效于单电容滤波。
另外注意：RC滤波中R的取值要比负载阻抗低一个数量级，以忽略其分压的损耗。
仿真：

1.1.3 π型RC滤波

系统函数：

Rd为输入端阻抗，可以看作两个一阶RC滤波合并而成。第一级滤波后减少了交流分量，二级滤波再次减少纹波。
该系统幅频特性为40db衰减，相频特性最终滞后180度。
当RC滤波器阶数高时，分压明显，损耗大。一般不超过三阶。
因RC滤波R的阻值较小，因此负载阻值对其影响小。
仿真：

1.1.4 L型LC滤波

系统函数：

参数解释：

电感电容计算，按照K型滤波器设计，其品质因数为1：

仿真：

1.1.5 倒L型LC滤波

构成二阶震荡环节，幅频特性为-40db衰减，相频特性滞后180度。
效果不及L型LC滤波器，因为输入端阻抗会对其造成影响。适用于输入端阻抗较大，负载阻抗较小的场合。

1.1.6 T型LC滤波

为三阶滤波器，幅频特性为-60db衰减。
设计方法：

设计时电感一般要相等，这样C两端电压比较平稳，纹波也会很小。T型滤波器适用于高频时输入端阻抗和负载阻抗均较小的场合。
仿真：

1.1.7 π型LC滤波

性能和设计方法同上，设计时电容相等，可以减少纹波。该滤波器适用于高频时输入输出阻抗均较大的场合
仿真：

1.1.8总结

不管是LC还是RC，L型都比倒L型好，π型和T型相似。阶数越高，滤波器的效果也会越好。

附：K型滤波器设计
特征阻抗：指的是当LC回路发生谐振时电容和电压的阻值（此时两者相等），它只与LC的参数有关，计算式为R=√(L/C)

M=（待设计滤波器的截止频率）/（基准滤波器的截止频率）

K=（待设计滤波器的特征阻抗）/（基准滤波器的特征阻抗）

电感值计算：L‘=（L*K）/M

电容值计算：C’=C/（K*M）

例如：2阶定K型归一化LPF电路，截止频率为1/（2*pi）（pi代表数学圆周率），特征阻抗为1欧姆。
　　
　　设计截止频率为1KHz，特征阻抗为50欧姆的LPF定K型滤波器。