完整的電(diàn)源滤波器设计和仿真指南

2021-07-01

完整的電(diàn)源滤波器设计和仿真指南

用(yòng)于電(diàn)源的 PCB 与高速网络设备和复杂的嵌入式系统一样难以设计。这些電(diàn)路板设计需要考虑一系列行為(wèi)和安全要求，尤其是在处理(lǐ)到达電(diàn)源输出端的高電(diàn)压和電(diàn)流时。除了電(diàn)源 PCB 中涉及的安全标准外，元件选择对于确保设计能(néng)够提供所需的功率输出而不会产生过多(duō)的噪声、振铃和发热至关重要。

借助正确的 CAD 工具和组件采購(gòu)功能(néng)，可(kě)以轻松找到组件并将其添加到您的電(diàn)源设计中。然后，您可(kě)以快速创建布局，同时确保您的设计符合 ESD、電(diàn)流和热管理(lǐ)、安全等方面的基本行业标准。继续阅读以了解有(yǒu)关電(diàn)源 PCB 设计的一些重要指南以及如何确保

适用(yòng)于专业電(diàn)源设计人员的业界最佳電(diàn)子设计和仿真应用(yòng)程序。

滤波器是一个极其重要的電(diàn)路，其功能(néng)很(hěn)简单：从所需的電(diàn)信号中去除一些频率成分(fēn)。作為(wèi)電(diàn)源中的噪声消除和功率调节元件，電(diàn)源中使用(yòng)的滤波器通常是低通滤波器，旨在将直流電(diàn)流传递到负载。这些滤波器也可(kě)以是扼流圈，从電(diàn)源的输入或输出線(xiàn)路中去除共模噪声。由于这些非常重要，電(diàn)力電(diàn)子设计人员需要仿真和布局工具来帮助他(tā)们设计、评估和构建電(diàn)源滤波器。

滤波器電(diàn)路是控制任何電(diàn)子系统噪声的基础，但即使是简单的滤波器電(diàn)路也需要对其功能(néng)进行评估。電(diàn)力系统工程师进行滤波器设计所需的一些基本工具包括：

用(yòng)于选择滤波器元件和构建滤波器设计的電(diàn)路设计和原理(lǐ)图创建实用(yòng)程序

用(yòng)于评估電(diàn)气功能(néng)的集成 SPICE 仿真包

集成的原理(lǐ)图捕获功能(néng)可(kě)将 PCB 封装导入空白電(diàn)路板布局

组件采購(gòu)功能(néng)可(kě)帮助查找主要分(fēn)销商(shāng)的零件和采購(gòu)数据

使用(yòng) Altium Designer 中的这个完整工具集，電(diàn)源滤波器设计变得更加容易，并且只需要一个应用(yòng)程序。遵循電(diàn)源滤波器设计的这些指南，以确保您的设计具有(yǒu)低噪声和所需的功率输出。

電(diàn)源滤波器拓扑和设计策略

任何滤波器设计都会考虑需要从系统中去除的特定类型的噪声。電(diàn)源设计需要考虑 4 种一般类型的噪声，这些噪声应该用(yòng)滤波器電(diàn)路去除。下图总结了这些噪声源和用(yòng)于消除它们的滤波器拓扑：

从上表中，我们看到電(diàn)源滤波一般包括一个低通滤波器去除差模噪声和一个共模扼流圈去除共模噪声。所涉及的特定拓扑结构通常是 LC 電(diàn)路，但在需要带增益的反馈环路的情况下，差模滤波器可(kě)以是带有(yǒu)运算放大器的有(yǒu)源滤波器。

用(yòng)于電(diàn)源滤波器设计的集成 SPICE 仿真

任何滤波器都需要通过多(duō)次模拟，以确保它提供所需的带宽、滚降、衰减和极点数。频率扫描和传递函数是用(yòng)于评估電(diàn)源滤波器的主要工具。但是，还应检查功率输出，以确保滤波器不会降低直流功率，因此電(diàn)源滤波器通常是零電(diàn)阻的 LC 電(diàn)路。当您的電(diàn)路和原理(lǐ)图设计工具中有(yǒu)一个集成的 SPICE 封装时，您的電(diàn)源滤波器拓扑可(kě)以被彻底模拟。

在设计滤波器时，SPICE 将是您用(yòng)来评估電(diàn)源功能(néng)和功率输出的标准工具。

您的電(diàn)路设计工具应支持任何電(diàn)源稳压器拓扑结构，以及在電(diàn)源中出于安全目的实施隔离所需的标准组件。

您选择的组件将是可(kě)靠性和稳定電(diàn)气行為(wèi)的主要决定因素。您的 SPICE 仿真应着眼于过滤特定噪声源和宽带 EMI。

Altium Designer 包括具有(yǒu)参数扫描功能(néng)的强大 SPICE 仿真器。您可(kě)以执行重要的设计任務(wù)，例如為(wèi)开关稳压器确定合适的電(diàn)感器尺寸。

查找您的 PCB 電(diàn)源设计组件

需要仔细选择電(diàn)源组件，以确保電(diàn)气功能(néng)和可(kě)靠性。当您可(kě)以通过组件库即时访问電(diàn)子供应链时，您可(kě)以在 PCB 设计软件中选择您的電(diàn)源组件。Altium Designer 使您可(kě)以通过制造商(shāng)零件搜索面板访问電(diàn)子供应链，您可(kě)以在其中按制造商(shāng)、零件编号或规格搜索组件。然后您可(kě)以立即将这些部件添加到您的 BOM 中并开始将它们放置在您的设计中。

電(diàn)源電(diàn)路的集成原理(lǐ)图捕获

不要诉诸于使用(yòng)外部仿真工具来填充您的设计工具。您可(kě)以使用(yòng) Altium Designer 中的 SPICE 引擎来仿真稳压器電(diàn)路中的功率分(fēn)布，并且可(kě)以可(kě)视化设计中功率输出的重要瞬态分(fēn)析结果。在对電(diàn)源電(diàn)路中的電(diàn)气行為(wèi)进行全面评估后，您可(kě)以使用(yòng)集成的原理(lǐ)图捕获工具来开始您的 PCB 布局。只有(yǒu) Altium Designer 可(kě)以指导您完成整个電(diàn)源设计过程，无需任何外部设计和仿真程序。

您的原理(lǐ)图编辑器应该可(kě)以帮助您保持井井有(yǒu)条，并通过集成的原理(lǐ)图捕获轻松将您的设计导入到新(xīn)的電(diàn)路板布局中。

使用(yòng)原理(lǐ)图捕获将元件导入空白 PCB 布局后，您需要遵循重要的设计标准，以确保電(diàn)源滤波器布局安全可(kě)靠。

電(diàn)源的 PCB 布局应结合 DFM 实践，以确保您的電(diàn)路板能(néng)够以高产量通过制造。

Altium Designer 包括确保安全和符合行业标准所需的一切。

您需要的每种電(diàn)源滤波器设计工具

Altium Designer 是业界首屈一指的電(diàn)源、嵌入式系统、RF 产品、移动设备、高速计算机系统等设计软件。当您使用(yòng) Altium Designer 时，您可(kě)以在用(yòng)户友好的界面中访问電(diàn)源设计所需的所有(yǒu)工具。

Altium Designer 与其他(tā) ECAD 应用(yòng)程序相比的主要优势在于其集成的工具集。為(wèi)其他(tā)先进電(diàn)子设备设计電(diàn)力電(diàn)子设备和 PCB 所需的一切都包含在一个应用(yòng)程序中。最重要的是，得益于底层规则驱动的设计引擎和简化的用(yòng)户界面，您将保持高效。

使用(yòng)规则驱动的 PCB 设计软件保持生产力

Altium Designer 中的所有(yǒu) PCB 设计功能(néng)都可(kě)以协同工作并帮助确保您的電(diàn)路板符合重要的行业标准。任何对您的设计很(hěn)重要的功能(néng)和安全标准都可(kě)以定义為(wèi)设计规则，并且您的设计将在您创建電(diàn)路板时根据您的设计规则进行检查。没有(yǒu)其他(tā) PCB 设计应用(yòng)程序可(kě)以帮助您保持这种生产力并构建高效的電(diàn)源设计。

当您需要使用(yòng)最佳设计功能(néng)进行滤波器设计和分(fēn)析时，请关注 PCB 设计和制造的行业领导者 Altium Designer。

Altium Designer 中完整的電(diàn)路设计和仿真功能(néng)使滤波器设计和仿真变得容易。

Altium 365 平台使通过托管云平台共享项目数据和与其他(tā)设计人员协作变得简单。

 

在 Altium Designer 中為(wèi)高级電(diàn)源转换器构建和仿真電(diàn)源滤波器。

Altium Designer 為(wèi)您提供一整套 PCB 设计工具，帮助您创建高效和安全的電(diàn)源设计。忘记使用(yòng)多(duō)个程序进行设计、布局和仿真，在强大的应用(yòng)程序中使用(yòng)业界最好的 PCB 设计工具集。

噪声源	过滤策略
来自输入電(diàn)源線(xiàn)的宽带传导 EMI	输入端的低通滤波器和共模扼流圈
传导 EMI 到达输出级并传递到负载	低通滤波器和输出共模扼流圈
来自 PWM 信号的开关噪声	输出低通滤波器
来自特定噪声源的辐射 EMI	在极端情况下可(kě)能(néng)需要带通滤波器