- Filter-Pi
- Filter Pi sebagai Filter Akses Rendah
- Filter Pi sebagai Filter High Pass
- Keuntungan Filter Pi
- Kekurangan Filter Pi
- Penerapan Filter Pi
- Tip Desain Pi-Filter
Filter biasanya digunakan dalam daya dan elektronik audio untuk menolak frekuensi yang tidak diinginkan. Ada banyak jenis filter yang digunakan dalam desain rangkaian elektronik berdasarkan aplikasinya, tetapi konsep yang mendasari semuanya sama, yaitu menghilangkan sinyal yang tidak diinginkan. Semua filter ini dapat dikategorikan menjadi dua jenis- Filter aktif dan filter pasif. Filter aktif menggunakan satu atau lebih komponen aktif dengan komponen pasif lainnya sedangkan filter pasif hanya dibuat menggunakan komponen pasif. Kami telah membahas secara detail tentang filter ini:
- Filter Akses Tinggi Aktif
- Filter Akses Rendah Aktif
- Filter Pasif Tinggi Pass
- Filter Pasif Rendah
- Filter Bandpass
- Filter Harmonik
Dalam tutorial ini, kita mempelajari jenis filter baru lainnya yang disebut Filter Pi, yang sangat umum digunakan dalam desain rangkaian catu daya. Kami telah menggunakan Pi-Filter di beberapa desain Power supply kami sebelumnya seperti rangkaian SMPS 5V 2A dan Sirkuit SMPS 12V 1A ini. Jadi, mari kita bahas secara detail tentang apa filter ini dan bagaimana mendesainnya.
Filter-Pi
Filter Pi adalah jenis filter pasif yang terdiri dari tiga komponen utama selain filter pasif dua elemen tradisional. Susunan konstruksi semua komponen menciptakan bentuk huruf Yunani Pi (π), sehingga dinamai Pi bagian Filter.
Secara mayoritas, filter Pi digunakan untuk aplikasi Low pass filter, tetapi konfigurasi lain juga dimungkinkan. Komponen utama filter Pi adalah kapasitor dan induktor yang menjadikannya filter LC. Dalam aplikasi low pass filter, filter Pi juga disebut filter input Kapasitor karena kapasitor tetap melintasi sisi input dalam konfigurasi low pass.
Filter Pi sebagai Filter Akses Rendah
Filter Pi adalah filter lolos rendah yang sangat baik yang jauh lebih berbeda dari filter Pi LC tradisional . Ketika filter Pi dirancang untuk low pass, outputnya tetap stabil dengan faktor konstan-k.
The desain low pass filter menggunakan konfigurasi Pi adalah cukup sederhana. The Pi Filter sirkuit terdiri dari dua kapasitor yang terhubung secara paralel diikuti dengan induktor seri membentuk bentuk Pi seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah
Seperti yang terlihat pada gambar di atas, ini terdiri dari dua kapasitor yang dihubungkan ke ground dengan induktor seri di antara. Karena ini adalah filter lolos rendah, ia menghasilkan impedansi tinggi pada frekuensi tinggi dan impedansi rendah pada frekuensi rendah. Jadi, ini biasanya digunakan dalam saluran transmisi untuk memblokir frekuensi tinggi yang tidak diinginkan.
Konstruksi dan nilai komponen perhitungan filter Pi dapat diturunkan dari persamaan di bawah ini untuk merancang Filter Pi untuk aplikasi Anda.
Frekuensi cut off (fc) = 1 / ᴫ (LC) 1/2 Nilai Kapasitansi adalah (C) = 1 / Z 0ᴫfc Nilai induktansi (L1) = Z 0 / ᴫfc Dimana, Z 0 adalah karakteristik impedansi dalam ohm dan fc adalah frekuensi cut off.
Filter Pi sebagai Filter High Pass
Sama seperti filter akses rendah, filter pi juga dapat dikonfigurasi sebagai filter akses tinggi. Dalam kasus seperti itu, filter memblokir frekuensi rendah dan memungkinkan frekuensi tinggi lewat. Itu juga dibuat menggunakan dua jenis komponen pasif, dua induktor, dan satu kapasitor.
Dalam konfigurasi low pass, filter dirancang sebagai dua kapasitor yang paralel dengan induktor di antaranya, tetapi dalam konfigurasi high pass, posisi dan jumlah komponen pasif justru sebaliknya. Alih-alih induktor tunggal, di sini digunakan dua induktor terpisah dengan satu kapasitor.
Gambar rangkaian Pi Filter di atas menunjukkan filter dalam konfigurasi high pass, dan belum lagi konstruksinya juga terlihat seperti simbol Pi. Konstruksi dan nilai komponen filter Pi dapat diturunkan dari persamaan di bawah ini -
Frekuensi potong (fc) = 1 / 4ᴫ (LC) 1/2 Nilai kapasitansi adalah (C) = 1 / 4Z 0ᴫfc Nilai impedansi (L1) = Z 0 / 4ᴫfc Dimana, Z 0 adalah karakteristik impedansi dalam ohm dan fc adalah frekuensi cut off.
Keuntungan Filter Pi
Tegangan keluaran tinggi Tegangan
keluaran pada filter pi cukup tinggi sehingga cocok untuk aplikasi yang paling berhubungan dengan daya yang memerlukan filter DC tegangan tinggi.
Faktor riak rendah
Dikonfigurasi sebagai filter lolos rendah Dalam tujuan filtrasi DC, filter Pi adalah filter yang efisien, untuk menyaring riak AC yang tidak diinginkan yang berasal dari penyearah jembatan. Kapasitor memberikan impedansi rendah di AC tetapi resistansi tinggi di DC karena pengaruh kapasitansi dan reaktansi. Karena impedansi rendah di AC ini, kapasitor pertama dari filter Pi melewati riak AC yang berasal dari penyearah jembatan. Riak AC yang dilewati masuk ke induktor. Induktor menahan perubahan aliran arus dan memblokir riak AC yang selanjutnya disaring oleh kapasitor kedua. Beberapa tahap pemfilteran ini membantu menghasilkan output DC halus riak yang sangat rendah di seluruh filter Pi.
Mudah dirancang dalam aplikasi RF
Dalam lingkungan RF yang terkontrol, di mana transmisi frekuensi yang lebih tinggi diperlukan, misalnya di pita GHz, filter Pi Frekuensi Tinggi mudah dan fleksibel untuk dibuat di PCB hanya dengan menggunakan jejak PCB. Filter Pi frekuensi tinggi juga memberikan kekebalan lonjakan lebih dari filter berbasis silikon. Misalnya, chip silikon memiliki batas kapasitas menahan tegangan, sedangkan filter pi yang dibuat menggunakan komponen pasif memiliki kekebalan lebih besar dalam hal lonjakan dan lingkungan industri yang keras.
Kekurangan Filter Pi
Nilai Induktor Watt yang Lebih Tinggi
Selain desain RF, penarikan arus tinggi melalui filter Pi tidak dianjurkan karena arus harus mengalir melalui Induktor. Jika arus beban ini relatif tinggi, maka watt Induktor juga meningkat sehingga menjadi besar dan mahal. Juga, arus tinggi melalui induktor meningkatkan disipasi daya di induktor sehingga menghasilkan efisiensi yang buruk.
Kapasitor Input Nilai Tinggi
Masalah utama lain dari filter Pi adalah nilai kapasitansi input yang besar. Filter Pi membutuhkan kapasitansi tinggi di seluruh input yang menjadi tantangan dalam aplikasi dengan ruang terbatas. Selain itu, kapasitor bernilai tinggi meningkatkan biaya desain.
Pengaturan Tegangan Buruk
Filter Pi tidak cocok di mana arus beban tidak stabil dan terus berubah. Filter Pi memberikan regulasi tegangan yang buruk ketika arus beban banyak mengalir. Dalam aplikasi seperti itu, filter dengan bagian L direkomendasikan.
Penerapan Filter Pi
Pengonversi Daya
Seperti yang telah dibahas, filter Pi adalah filter DC yang sangat baik untuk menekan riak AC. Karena perilaku ini, filter Pi banyak digunakan dalam desain Power Electronic seperti konverter AC-DC, konverter frekuensi, dll. Namun, dalam Filter Pi Elektronika Daya digunakan sebagai Filter Akses Rendah dan kami telah merancang Sirkuit catu Daya Filter Pi, untuk Desain SMP 12V 1A kami seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Secara umum, filter Pi terhubung langsung dengan penyearah jembatan dan output dari filter Pi disebut sebagai DC Tegangan Tinggi. Output DC High Voltage digunakan untuk sirkuit driver catu daya untuk operasi lebih lanjut.
Konstruksi ini, dari Bridge rectifier diode hingga driver memiliki operasi yang berbeda dengan kerja Pi-Filter. Pertama, filter Pi ini menyediakan DC yang mulus untuk operasi bebas riak dari keseluruhan rangkaian driver yang menghasilkan riak keluaran rendah dari keluaran akhir catu daya, dan yang lainnya adalah untuk mengisolasi jalur utama dari frekuensi switching tinggi melintasi sirkuit pengemudi.
Filter jalur yang dibangun dengan benar dapat memberikan penyaringan mode Umum (Filter yang menolak sinyal kebisingan seolah-olah sebagai konduktor tunggal independen) dan penyaringan mode diferensial (membedakan dua kebisingan frekuensi switching, terutama kebisingan frekuensi tinggi yang dapat ditambahkan ke saluran listrik) dalam catu daya di mana filter Pi merupakan komponen penting. Filter pi juga disebut sebagai filter Saluran Listrik jika digunakan dalam Aplikasi Elektronika Daya.
Aplikasi RF
Dalam aplikasi RF, filter Pi digunakan dalam operasi yang berbeda dan konfigurasi yang berbeda. Misalnya, dalam aplikasi RF, impedansi pencocokan adalah faktor yang sangat besar dan filter Pi digunakan untuk mencocokkan impedansi di Antena RF dan sebelum penguat RF. Namun, dalam kasus maksimum di mana frekuensi sangat tinggi, seperti pada pita GHz digunakan, filter Pi digunakan dalam jalur transmisi sinyal dan dirancang hanya dengan menggunakan jejak PCB.
Gambar di atas menunjukkan filter berbasis jejak PCB di mana jejak menciptakan induktansi dan kapasitansi dalam aplikasi frekuensi sangat tinggi. Selain saluran transmisi, filter Pi juga digunakan dalam perangkat komunikasi RF, tempat berlangsungnya modulasi dan demodulasi. Filter Pi dirancang untuk frekuensi yang ditargetkan untuk mendemodulasi sinyal setelah menerima di sisi penerima. Filter Pi lolos tinggi juga digunakan untuk melewati frekuensi tinggi yang ditargetkan ke tahap amplifikasi atau transmisi.
Tip Desain Pi-Filter
Untuk merancang filter Pi yang tepat, diperlukan kompensasi taktik desain PCB yang tepat untuk operasi bebas masalah, tip berikut tercantum di bawah ini.
Di Power Electronics
- Jejak tebal diperlukan dalam tata letak filter Pi.
- Mengisolasi filter Pi dari unit catu daya sangat penting.
- Jarak antara kapasitor masukan, induktor, dan kapasitor keluaran perlu ditutup.
- Bidang pembumian kapasitor keluaran harus dihubungkan langsung ke sirkuit penggerak melalui bidang pembumian yang tepat.
- Jika desain terdiri dari saluran berisik (seperti saluran sensor tegangan tinggi untuk pengemudi) yang perlu dihubungkan melintasi DC tegangan tinggi, diperlukan untuk menghubungkan jejak sebelum kapasitor keluaran akhir dari filter Pi. Ini meningkatkan kekebalan kebisingan dan injeksi kebisingan yang tidak diinginkan di seluruh sirkuit driver.
Di Sirkuit RF
- Pemilihan komponen adalah kriteria utama untuk aplikasi RF. Toleransi komponen memainkan peran utama.
- Peningkatan kecil pada jejak PCB dapat menyebabkan induktansi di sirkuit. Perawatan yang tepat harus dilakukan untuk pemilihan induktor dengan mempertimbangkan induktansi jejak PCB. Desain harus dibuat menggunakan taktik yang tepat untuk mengurangi induktansi nyasar.
- Kapasitansi nyasar perlu diminimalkan.
- Penempatan tertutup wajib diisi.
- Kabel koaksial cocok untuk input dan output dalam aplikasi RF.