LC滤波器-EW帮帮网

1 LC 滤波器的基础知识

        LC 滤波器，是指将电感(L)与电容器 (C)进行组合设计构成的滤波电路，可去除或通过特定频率的无源器件。
        电容器具有隔直流通交流，且交流频率越高越容易通过的特性。而电感则具有隔交流通直流，且交流频率越高越不易通过的特性。
        因此，电容器和电感是特性完全相反的被动元器件，通过将电容和电感组合，就可去除或通过特定频率的信号。

2 LC 滤波器的种类

LC 滤波器按所通过信号的频段分为以下三类：

低通滤波器(LPF)

        低通滤波器是一种用于传递直流或者低频信号，衰减高频信号的滤波器。
        作为被最广泛使用的滤波器电路，主要用于剔除高频噪声。
        此外，音响中用于剔除低音用扬声器的高音/中音成分。

高通滤波器(HPF)

直高通滤波器是允许高于某一截频的频率通过，而大大衰减较低频率的一种滤波器。
这种滤波器被用于剔除听阈的低频噪声，或剔除高音用扬声器的中音/低音成分等。

带通滤波器(BPF)

带通滤波器是用来只允许特定频率的信号通过，屏蔽其他频率信号的滤波器电路。
这种滤波器被用于收音机的选台(调整频率)、或剔除中音用扬声器的低音/高音成分等。

3 低通滤波器的种类

电容器和电感，虽然各自单独具有噪声去除效果，但是通过将 2 个零部件进行组合，就可获得更大的噪声去除效果。串联连接的电感以隔断高频噪声，用并联连接的电容器来使高频噪声旁通的方式发挥作用。但是，噪声去除效果也会随输入侧和输出侧各自的外部阻抗的高低而改变。譬如，即使试图用低阻抗的电容器来使噪声旁通，如果输出阻抗更低，则噪声会流向负荷侧。相反，即使试图以高阻抗的电感来隔断噪声，如果输出阻抗更高，则噪声会流向负荷侧。因此，外部阻抗高时，将电容器配置在附近；外部阻抗低时，将电感配置在附近。如上所述，考虑外部阻抗，低通滤波器可区分为以下 4 类。

L 型滤波器(1)

输入阻抗高，输出阻抗低

L 型滤波器(2)

输入阻抗低，输出阻抗高

π型滤波器

输入阻抗高，输出阻抗高

T 形滤波器

输入阻抗低，输出阻抗低

3.1 低通滤波器的零部件选择

要在信号电路上从信号波形去除噪声时，必须选定在信号频率下不会衰减而在噪声频率下衰减会增大的零部件常数。要在电源电路上从直流电压去除噪声时，由于直流的衰减为零，因而只考虑噪声频率的衰减量。
滤波器的衰减特性(频率引起的衰减量的变化)可通过计算来求得，但实际的电容器和电感除了纯粹的静电电容和电感外还包含有影响性能的成分，因而无法单纯地计算。

在L型滤波器上标示出基于电容器和电感的实际等效电路的电路图。电容器上除了静电电容(C)外还包含有等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)，电感上除了电感(L)外还包含有直流电阻
(DCR)和杂散电容(Cp)。

电容器若只是 C 成分，频率越高阻抗低，噪声吸收效果越好，但在实际的电容器上则根据 ESR 来决定阻抗的下限值，并且阻抗在高频域会随 ESL 而升高，变得不易吸收噪声。

此外，电感若只是 L 成分，频率越高阻抗高，噪声隔断效果越好，但实际上阻抗会随电感器中所包含的 Cp 而在高频域下降，噪声的隔断效果下降。再者，各自的成分也会随频率而发生值的变化，因而将这些因素全都考虑进来选定零部件就变得相当难。

4 高性能的电感器和电容器

电感器和电容器具有各种不同的种类和等级。按以前的认知，例如额定参数与零部件尺寸的关系等，印象中是统一的，很难差异化，但随着高水平的技术和优异的材料的开发，也有了性能得到大幅度提高的电感器和电容器。而且，高性能的电感器和电容器，已成为针对近年来世界性的要求事项的一个关键部件。

4.1 高性能的电感器和电容器有什么好处

使用高性能的电感器和电容器有很大的好处。在对具体的性能及特点进行说明之前，首先给出一个事例。

事例：ECU 电源电路

这是汽车的 ECU 用电源电路的例子。图中的电源电路不仅限于 ECU，也是使用 DC/DC 变换器的基本电路实例。从汽车电池向 ECU 的内部电路提供电源的路径中，有用于去除噪声及DC/DC变换工作的LC电路存在。

输入的π型滤波器，以前一直由作为标准性构成的铁氧体型的功率电感器和铝电解电容器构成。这里给出将其用松下电器的金属复合（以下、MC）型的功率电感器和导电性聚合物混合铝电解电容器（以下简称为混合电容器）替代的例子。

通过将功率电感器由铁氧体型改为 MC 型，得以将零部件尺寸从 12×12mm 变为 6×6mm，面积比为1/4。而电容器，则由φ10mm 的铝电解电容器置换成了φ6.3mm 的混合电容器。由此得以将该输入滤波器所占的基板面积从 262mm2 变为 83mm2，减少了 68%。

MC 型功率电感器和混合电容器的高性能对它们的小型化作出了贡献。MC 型的功率电感器与铁氧体型相比，具有相对于体积的蓄能更大，饱和（直流重叠）电流也更大的特点。同时，与铁氧体型相比，可以用小型尺寸获得同等的性能。在这个例子中，得以用面积比 1/4 的元件进行了置换。混合电容器与电解电容器相比较，相对于尺寸及静电电容的 ESR 非常低，可容许的纹波电流也大，因此得以用容量小很多尺寸也小很多的电容进行替代。

4.2 什么是金属复合型功率电感器

金属复合（MC）型的功率电感器，由于其材料及结构的不同，与铁氧体型相比具有更加优异的特性。采用特有的金属磁性材料制作的金属复合型磁芯和一体成型结构，从而与相同规格的铁氧体型相比，具有最大可实现 50%的小型化，且饱和（直流重叠）电流更大的特点。同时，交流电阻（ACR）低，可提高高频工作时的效率。而且耐热性和耐振动性也十分优异，确保了能够对应车载的高可靠性。