今天記錄分享一個(gè)無源低通濾波器的設(shè)計(jì)方法-定K型濾波器歸一化設(shè)計(jì)。主要用于一些電源端口或者需要使用低通濾波的場(chǎng)合。前段時(shí)間通過這個(gè)設(shè)計(jì)方法，成功解決了一個(gè)EMI傳導(dǎo)干擾的問題，這讓我決定要記錄分享一下它的設(shè)計(jì)過程；至于什么是定K型濾波器，我在網(wǎng)上查了很久這個(gè)概念，沒有得到特別明確細(xì)致的答案。然后求助文心一言，得到了如下的回答。答案也是風(fēng)馬牛不相及，不知所云；
這個(gè)并不是重點(diǎn)，那暫且略過；這個(gè)計(jì)算方法在EMC設(shè)計(jì)中特別實(shí)用有效，計(jì)算量還小。那么下面就簡單來介紹下這個(gè)濾波器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法吧。
如下是基準(zhǔn)濾波器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這個(gè)圖我們不需要記住，用的時(shí)候拿出來查看就行。下圖從A~D,電感值與電容值的數(shù)值均為單位值，截止頻率為1/2Π，特性阻抗為1；我們所要做的就是根據(jù)實(shí)際電路中需要的截止頻率點(diǎn)，及特性阻抗值，按照下面將要講的方法來計(jì)算實(shí)現(xiàn)。
A、二階
B、3階T型
C、3階Π型
D、4階
設(shè)計(jì)該濾波器，需要經(jīng)過三個(gè)步驟的計(jì)算，如下：
第一步：求M值、K值；
M=期望的截止頻率值fc/基準(zhǔn)濾波器的截止頻率=fc/(1/2Π) = 2Πfc;
K = 期望的特征阻抗 / 基準(zhǔn)濾波器的特征阻抗=Z0/1 =Z0;
第二步計(jì)算經(jīng)過頻率換算后的L值和C值；
L1 = L0 / M = L0 /2Πfc;C1 = C0 / M = C0 /2Πfc;
注：L0、C0為基準(zhǔn)值，如上圖中數(shù)值；L1、C1為經(jīng)過頻率換算后的值；
第三步計(jì)算經(jīng)過頻率與特性阻抗兩次換算后的L值和C值；
L2 = K * L1 = Z0*L0 / 2ΠZ0fc ;C2 = C1/ K = C0 /2Πfc;
注：L2、C2為最終設(shè)計(jì)值；
在進(jìn)行計(jì)算之前需要明確幾點(diǎn)：
1、期望的截止頻率
期望的截止頻率點(diǎn)應(yīng)該比希望插入插損的頻率點(diǎn)要低，以便獲得良好的抑制效果；
2、濾波器的階數(shù)
濾波器每個(gè)階次按照20dB/10倍頻程進(jìn)行滾降，依次地，二階按照40dB/10頻程進(jìn)行滾降，三階按照60dB/10倍頻程滾降；根據(jù)超標(biāo)頻點(diǎn)的超標(biāo)數(shù)值，決定需要加入的插損，進(jìn)而決定使用幾階濾波器；
下面舉例說明：
如在電源端口處，通過開關(guān)電源引起的傳導(dǎo)干擾超標(biāo)頻率值在175KHZ;我們選擇二階LC低通濾波器來進(jìn)行濾波設(shè)計(jì)；為了獲得良好的濾波效果，我選擇截止頻率為50KHz;根據(jù)以上條件，我們來進(jìn)行計(jì)算：
第一步
M = 2Πfc ≈ 314000；
K = 50;
第二步：
L1 = 1/314000
C1 = 1/314000
第三步：
L2 = 50/314000 ≈ 159uH;C2 = 1/(314000 *50) ≈ 63.6nf;
求得L ,C 的最終設(shè)計(jì)值分別為159uH 、63.6nf；下面我們通過multsim 進(jìn)行仿真；如下圖所示：
從圖中我們可以看到，設(shè)置期望的截止頻率為50kHz時(shí)，在175kHz時(shí)，插損大約有-21dB;LC濾波器在實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們可以根據(jù)超標(biāo)頻率點(diǎn)的dB值大小來調(diào)整期望的截止頻率值。期望的截止頻率值越低，那么設(shè)計(jì)出的濾波抑制效果就會(huì)更好一些。比如上面如果我們?cè)O(shè)計(jì)截止頻率為20kHz,我們計(jì)算出的L、C值分別為398uH、159nf；再次在multsim進(jìn)行仿真，如下圖所示：
通過仿真圖可以看到，選擇20kHz作為截止頻率，在175kHz時(shí)插損為-37dB;
另外，也可以根據(jù)需要選擇三階或更高階次的LC濾波電路，以便獲得更好的抑制效果，因?yàn)槊恳浑A濾波器，會(huì)產(chǎn)生每10倍頻程20dB的衰減，那么階次越高，衰減的越快；
以上需要說明的有兩點(diǎn)。一是以上的仿真是基于multsim軟件的模型進(jìn)行的，用于說明定K型濾波器的分析設(shè)計(jì)過程，并不能代表實(shí)際的濾波效果；在實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候還是需要進(jìn)行實(shí)測(cè)調(diào)試的。二是通過計(jì)算得到的LC數(shù)值是理論值，請(qǐng)根據(jù)實(shí)際電感與電容的標(biāo)稱值，選擇相對(duì)接近的；
以上分析是本人學(xué)習(xí)理解過程的記錄，其中理解并不能說絕對(duì)正確，任何結(jié)論的成立，都存在著不同的客觀條件。學(xué)習(xí)的時(shí)候，還是要結(jié)合實(shí)際情況，多加思考。如果有偏頗之處，還請(qǐng)留言討論，共同學(xué)習(xí)，一起進(jìn)步，謝謝！