完整的电源滤波器设计和仿真指南

2021-07-01

完整的电源滤波器设计和仿真指南

用于电源的 PCB 与高速网络设备和复杂的嵌入式系统一样难以设计。这些电路板设计需要考虑一系列行为和安全要求，尤其是在处理到达电源输出端的高电压和电流时。除了电源 PCB 中涉及的安全标准外，元件选择对于确保设计能够提供所需的功率输出而不会产生过多的噪声、振铃和发热至关重要。

借助正确的 CAD 工具和组件采购功能，可以轻松找到组件并将其添加到您的电源设计中。然后，您可以快速创建布局，同时确保您的设计符合 ESD、电流和热管理、安全等方面的基本行业标准。继续阅读以了解有关电源 PCB 设计的一些重要指南以及如何确保

适用于专业电源设计人员的业界最佳电子设计和仿真应用程序。

滤波器是一个极其重要的电路，其功能很简单：从所需的电信号中去除一些频率成分。作为电源中的噪声消除和功率调节元件，电源中使用的滤波器通常是低通滤波器，旨在将直流电流传递到负载。这些滤波器也可以是扼流圈，从电源的输入或输出线路中去除共模噪声。由于这些非常重要，电力电子设计人员需要仿真和布局工具来帮助他们设计、评估和构建电源滤波器。

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

用于选择滤波器元件和构建滤波器设计的电路设计和原理图创建实用程序

用于评估电气功能的集成 SPICE 仿真包

集成的原理图捕获功能可将 PCB 封装导入空白电路板布局

组件采购功能可帮助查找主要分销商的零件和采购数据

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

电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。电源设计需要考虑 4 种一般类型的噪声，这些噪声应该用滤波器电路去除。下图总结了这些噪声源和用于消除它们的滤波器拓扑：

从上表中，我们看到电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 电路，但在需要带增益的反馈环路的情况下，差模滤波器可以是带有运算放大器的有源滤波器。

用于电源滤波器设计的集成 SPICE 仿真

任何滤波器都需要通过多次模拟，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于评估电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，因此电源滤波器通常是零电阻的 LC 电路。当您的电路和原理图设计工具中有一个集成的 SPICE 封装时，您的电源滤波器拓扑可以被彻底模拟。

在设计滤波器时，SPICE 将是您用来评估电源功能和功率输出的标准工具。

您的电路设计工具应支持任何电源稳压器拓扑结构，以及在电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靠性和稳定电气行为的主要决定因素。您的 SPICE 仿真应着眼于过滤特定噪声源和宽带 EMI。

Altium Designer 包括具有参数扫描功能的强大 SPICE 仿真器。您可以执行重要的设计任务，例如为开关稳压器确定合适的电感器尺寸。

查找您的 PCB 电源设计组件

需要仔细选择电源组件，以确保电气功能和可靠性。当您可以通过组件库即时访问电子供应链时，您可以在 PCB 设计软件中选择您的电源组件。Altium Designer 使您可以通过制造商零件搜索面板访问电子供应链，您可以在其中按制造商、零件编号或规格搜索组件。然后您可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。

电源电路的集成原理图捕获

不要诉诸于使用外部仿真工具来填充您的设计工具。您可以使用 Altium Designer 中的 SPICE 引擎来仿真稳压器电路中的功率分布，并且可以可视化设计中功率输出的重要瞬态分析结果。在对电源电路中的电气行为进行全面评估后，您可以使用集成的原理图捕获工具来开始您的 PCB 布局。只有 Altium Designer 可以指导您完成整个电源设计过程，无需任何外部设计和仿真程序。

您的原理图编辑器应该可以帮助您保持井井有条，并通过集成的原理图捕获轻松将您的设计导入到新的电路板布局中。

使用原理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，以确保电源滤波器布局安全可靠。

电源的 PCB 布局应结合 DFM 实践，以确保您的电路板能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。

您需要的每种电源滤波器设计工具

Altium Designer 是业界首屈一指的电源、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 Altium Designer 时，您可以在用户友好的界面中访问电源设计所需的所有工具。

Altium Designer 与其他 ECAD 应用程序相比的主要优势在于其集成的工具集。为其他先进电子设备设计电力电子设备和 PCB 所需的一切都包含在一个应用程序中。最重要的是，得益于底层规则驱动的设计引擎和简化的用户界面，您将保持高效。

使用规则驱动的 PCB 设计软件保持生产力

Altium Designer 中的所有 PCB 设计功能都可以协同工作并帮助确保您的电路板符合重要的行业标准。任何对您的设计很重要的功能和安全标准都可以定义为设计规则，并且您的设计将在您创建电路板时根据您的设计规则进行检查。没有其他 PCB 设计应用程序可以帮助您保持这种生产力并构建高效的电源设计。

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

Altium Designer 中完整的电路设计和仿真功能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设计人员协作变得简单。

 

在 Altium Designer 中为高级电源转换器构建和仿真电源滤波器。

Altium Designer 为您提供一整套 PCB 设计工具，帮助您创建高效和安全的电源设计。忘记使用多个程序进行设计、布局和仿真，在强大的应用程序中使用业界最好的 PCB 设计工具集。

噪声源	过滤策略
来自输入电源线的宽带传导 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	在极端情况下可能需要带通滤波器