完整的電源濾波器設計和仿真指南

2021-07-01

完整的電源濾波器設計和仿真指南

用于電源的 PCB 與高速網絡設備和復雜的嵌入式系統一樣難以設計。這些電路板設計需要考慮一系列行為和安全要求，尤其是在處理到達電源輸出端的高電壓和電流時。除了電源 PCB 中涉及的安全標準外，元件選擇對于確保設計能夠提供所需的功率輸出而不會產生過多的噪聲、振鈴和發熱至關重要。

借助正確的 CAD 工具和組件采購功能，可以輕松找到組件并將其添加到您的電源設計中。然后，您可以快速創建布局，同時確保您的設計符合 ESD、電流和熱管理、安全等方面的基本行業標準。繼續閱讀以了解有關電源 PCB 設計的一些重要指南以及如何確保

適用于專業電源設計人員的業界最佳電子設計和仿真應用程序。

濾波器是一個極其重要的電路，其功能很簡單：從所需的電信號中去除一些頻率成分。作為電源中的噪聲消除和功率調節元件，電源中使用的濾波器通常是低通濾波器，旨在將直流電流傳遞到負載。這些濾波器也可以是扼流圈，從電源的輸入或輸出線路中去除共模噪聲。由于這些非常重要，電力電子設計人員需要仿真和布局工具來幫助他們設計、評估和構建電源濾波器。

濾波器電路是控制任何電子系統噪聲的基礎，但即使是簡單的濾波器電路也需要對其功能進行評估。電力系統工程師進行濾波器設計所需的一些基本工具包括：

用于選擇濾波器元件和構建濾波器設計的電路設計和原理圖創建實用程序

用于評估電氣功能的集成 SPICE 仿真包

集成的原理圖捕獲功能可將 PCB 封裝導入空白電路板布局

組件采購功能可幫助查找主要分銷商的零件和采購數據

使用 Altium Designer 中的這個完整工具集，電源濾波器設計變得更加容易，并且只需要一個應用程序。遵循電源濾波器設計的這些指南，以確保您的設計具有低噪聲和所需的功率輸出。

電源濾波器拓撲和設計策略

任何濾波器設計都會考慮需要從系統中去除的特定類型的噪聲。電源設計需要考慮 4 種一般類型的噪聲，這些噪聲應該用濾波器電路去除。下圖總結了這些噪聲源和用于消除它們的濾波器拓撲：

從上表中，我們看到電源濾波一般包括一個低通濾波器去除差模噪聲和一個共模扼流圈去除共模噪聲。所涉及的特定拓撲結構通常是 LC 電路，但在需要帶增益的反饋環路的情況下，差模濾波器可以是帶有運算放大器的有源濾波器。

用于電源濾波器設計的集成 SPICE 仿真

任何濾波器都需要通過多次模擬，以確保它提供所需的帶寬、滾降、衰減和極點數。頻率掃描和傳遞函數是用于評估電源濾波器的主要工具。但是，還應檢查功率輸出，以確保濾波器不會降低直流功率，因此電源濾波器通常是零電阻的 LC 電路。當您的電路和原理圖設計工具中有一個集成的 SPICE 封裝時，您的電源濾波器拓撲可以被徹底模擬。

在設計濾波器時，SPICE 將是您用來評估電源功能和功率輸出的標準工具。

您的電路設計工具應支持任何電源穩壓器拓撲結構，以及在電源中出于安全目的實施隔離所需的標準組件。

您選擇的組件將是可靠性和穩定電氣行為的主要決定因素。您的 SPICE 仿真應著眼于過濾特定噪聲源和寬帶 EMI。

Altium Designer 包括具有參數掃描功能的強大 SPICE 仿真器。您可以執行重要的設計任務，例如為開關穩壓器確定合適的電感器尺寸。

查找您的 PCB 電源設計組件

需要仔細選擇電源組件，以確保電氣功能和可靠性。當您可以通過組件庫即時訪問電子供應鏈時，您可以在 PCB 設計軟件中選擇您的電源組件。Altium Designer 使您可以通過制造商零件搜索面板訪問電子供應鏈，您可以在其中按制造商、零件編號或規格搜索組件。然后您可以立即將這些部件添加到您的 BOM 中并開始將它們放置在您的設計中。

電源電路的集成原理圖捕獲

不要訴諸于使用外部仿真工具來填充您的設計工具。您可以使用 Altium Designer 中的 SPICE 引擎來仿真穩壓器電路中的功率分布，并且可以可視化設計中功率輸出的重要瞬態分析結果。在對電源電路中的電氣行為進行全面評估后，您可以使用集成的原理圖捕獲工具來開始您的 PCB 布局。只有 Altium Designer 可以指導您完成整個電源設計過程，無需任何外部設計和仿真程序。

您的原理圖編輯器應該可以幫助您保持井井有條，并通過集成的原理圖捕獲輕松將您的設計導入到新的電路板布局中。

使用原理圖捕獲將元件導入空白 PCB 布局后，您需要遵循重要的設計標準，以確保電源濾波器布局安全可靠。

電源的 PCB 布局應結合 DFM 實踐，以確保您的電路板能夠以高產量通過制造。

Altium Designer 包括確保安全和符合行業標準所需的一切。

您需要的每種電源濾波器設計工具

Altium Designer 是業界首屈一指的電源、嵌入式系統、RF 產品、移動設備、高速計算機系統等設計軟件。當您使用 Altium Designer 時，您可以在用戶友好的界面中訪問電源設計所需的所有工具。

Altium Designer 與其他 ECAD 應用程序相比的主要優勢在于其集成的工具集。為其他先進電子設備設計電力電子設備和 PCB 所需的一切都包含在一個應用程序中。最重要的是，得益于底層規則驅動的設計引擎和簡化的用戶界面，您將保持高效。

使用規則驅動的 PCB 設計軟件保持生產力

Altium Designer 中的所有 PCB 設計功能都可以協同工作并幫助確保您的電路板符合重要的行業標準。任何對您的設計很重要的功能和安全標準都可以定義為設計規則，并且您的設計將在您創建電路板時根據您的設計規則進行檢查。沒有其他 PCB 設計應用程序可以幫助您保持這種生產力并構建高效的電源設計。

當您需要使用最佳設計功能進行濾波器設計和分析時，請關注 PCB 設計和制造的行業領導者 Altium Designer。

Altium Designer 中完整的電路設計和仿真功能使濾波器設計和仿真變得容易。

Altium 365 平臺使通過托管云平臺共享項目數據和與其他設計人員協作變得簡單。

 

在 Altium Designer 中為高級電源轉換器構建和仿真電源濾波器。

Altium Designer 為您提供一整套 PCB 設計工具，幫助您創建高效和安全的電源設計。忘記使用多個程序進行設計、布局和仿真，在強大的應用程序中使用業界最好的 PCB 設計工具集。

噪聲源	過濾策略
來自輸入電源線的寬帶傳導 EMI	輸入端的低通濾波器和共模扼流圈
傳導 EMI 到達輸出級并傳遞到負載	低通濾波器和輸出共模扼流圈
來自 PWM 信號的開關噪聲	輸出低通濾波器
來自特定噪聲源的輻射 EMI	在極端情況下可能需要帶通濾波器