回路基板工場が電源用Piフィルターの設計を説明

回路基板工場は、電源用のPiフィルターの設計を説明しています

Pi フィルターは、名前がギリシャ文字の Pi (パイ) の形に配置された 3 つのコンポーネントに由来するパッシブ フィルターです。 Pi フィルターは、使用するコンポーネントに応じて、ローパスまたはハイパス フィルターとして設計できます。

電力フィルタリングに使用されるローパス フィルターは、入力と出力の間に直列に接続されたインダクタと 2 つのコンデンサで構成され、1 つのコンデンサは入力端子間に接続され、もう 1 つのコンデンサは出力端子間に接続されます。 電源におけるPiフィルターの主な用途は、ローパスフィルターとして機能することにより、整流器の出力を平滑化することです。

ハイパス フィルタの等価回路は、入力と出力の間にコンデンサと 2 つのインダクタを直列に接続することによって形成されます。1 つのインダクタは入力をブリッジし、もう 1 つのインダクタは出力をブリッジします。

このホワイト ペーパーでは、ローパス フィルターの配置のみに焦点を当てます。

基本的な原則

Pi フィルターを構成する 3 つのコンポーネントは、それぞれ AC 電流を防止し、DC 電流を通過させる役割を果たします。 入力コンデンサは、AC 成分を除去する最初の最も重要な段階を実行します。 次に、インダクタは次のフィルタリング段階を実行して、リップルを効果的に除去します。 最後に、出力コンデンサは、インダクタを通過するすべての AC 成分をフィルタリングします。 PCB 処理および PCB 設計。 PCBA メーカーは、電源の Pi フィルター設計とローパス フィルターの配置について説明します。

特徴

Pi フィルターは、最小の消費電流で高い出力電圧を生成し、出力端で非常に小さな電圧降下しか生成しません。 さまざまなタイプのフィルターに対するこのフィルターのもう 1 つの大きな利点は、優れたリップル低減です。 ただし、負荷が出力に適用されると、フィルターを流れる電流によって電圧降下が発生するため、Pi フィルターは電圧調整を提供できません。 この電流はインダクタにも流れます。つまり、出力電圧が高いアプリケーションでは、電力定格の高いインダクタが必要になります。 この制限は、高い入力容量要件と高い定格電圧に対してもバランスを取る必要があります。 さらに、このようなコンポーネントはかさばり、高価であり、回路基板の設計に影響を与えます。

電圧調整

Pi フィルタが有効になるには、安定した出力電圧が必要です。 出力負荷を変更したり、電流ドリフトが大きいと、電圧レギュレーションが低下します。 それらの AC 電源アプリケーションは、通常、ブリッジ整流器回路の直後で、スイッチ モード制御回路の前にあります。 それらの目的は、電源回路のコンバータ レベル入力における整流器電源ラインのリップルを最小限に抑えることです。

電源分離

ローパス Pi フィルタのインダクタをトランスに置き換えると、同じリップル フィルタリング機能が得られますが、整流器出力とスイッチ モード パワー コンバータの間を分離できるという利点があります。 もう 1 つの利点は、トランスが双方向のコモン モード ノイズ フィルタリングも提供することです。 一方向では、整流器出力の AC 入力で発生するノイズを低減します。 一方で、スイッチングモード電力変換回路で発生する高周波ノイズが電源を介して電源ラインに逆流するのを防ぐことができます。 この構成では、Pi フィルターはパワー ライン フィルターとも呼ばれます。

インピーダンス整合

単純な LC フィルターに対する Pi フィルターの利点の 1 つは、回路設計者にインピーダンス整合の柔軟性を提供することです。 単純な LC フィルターには、フィルターが特定の周波数に必要なインピーダンスを生成する単一のコンポーネント値しかありません。 対照的に、Pi フィルターにはコンポーネント値の複数の組み合わせがあり、そのすべてが特定の周波数に必要なインピーダンスを生成します。 オプションが異なれば Q 係数も異なるため、設計者は設計中の回路に最適な共振動作を選択し、効率を比較検討できます。

設計上の制約

標準的な Pi フィルターの場合、コンポーネントの典型的なサイズと重量により、多数の回路基板領域を割り当てる必要があります。 また、外部振動がコンポーネントの物理的な変位に変換されないように注意して取り付ける必要があります。これにより、PCB に接続されたリードやはんだ接合部に亀裂が生じる可能性があります。

通常、Pi フィルターは高出力アプリケーションに使用されます。 したがって、フィルタ コンポーネント間の配線はできるだけ短くする必要があり、接続と配線では電流密度をできるだけ低くする必要があります。 大電流を伴う場合、インダクタ/トランスは過熱効果を防ぐために熱管理を必要とします。

絶縁が必要な場合は、電源ライン フィルタを独立した既製のユニットとして設計に組み込むか、電源接続回路の外付けコンポーネントとして扱うことができます。 このオプションを使用すると、ユニット コストが高くなり、ボード設計が簡素化され、全体的な製造コストが削減される可能性があります。

一般化

Pi フィルターは、物理的なサイズと重量の制限、および熱管理の問題によって使用が妨げられない限り、電源回路の電力リップルを減らすのに役立ちます。 電圧レギュレーションの制限により、出力フィルタとしての使用には適していませんが、電源回路の中間フィルタ ステージとしての使用には非常に適しています。 変圧器ベースの Pi フィルタは、安全関連アプリケーションの設計に電力分離も提供します。これは追加の利点です。 PCB処理、PCB設計、およびPCBA処理メーカーは、電源のPiフィルター設計とローパスフィルターの配置について説明します。