Lc фильтр по питанию: LC-фильтр для FPV | RCDetails Blog

LC-фильтр для FPV | RCDetails Blog

LC-фильтр — это один из базовых фильтров в электронике, в простейшем виде он состоит из одной индуктивности и одного конденсатора. Эта схема очень часто используется в FOV хобби для снижения электрических шумов от регуляторов скорости и моторов.

Оригинал: LC Filter and FPV

Что такое LC-фильтр?

LC-фильтр состоит из катушки индуктивности (L) и конденсатора (C). Всё просто.

Индуктивность создает сопротивление изменению тока, проходящего через неё, а конденсатор сопротивляется изменению напряжения. Описание более серьезного фильтра смотрите тут (англ).

Обычно это фильтр нижних частот (ФНЧ), он пропускает сигналы с небольшими частотами, и создает сопротивление высокочастотным сигналам.

Где купить LC-фильтры?

Вот несколько фильтров подходящих для радиоуправляемых моделей.

• 16 В / 1 А. yа Banggood | Amazon
• 16 В / 2 А, на Banggood | Amazon
• 24 В / 1,5 А на Banggood

Перед покупкой убедитесь, что выбранный фильтр подходит по напряжению и току.

Как LC-фильтр улучшает видеосигнал

В коптерах моторы и регуляторы скорости создают шум по линиям питания, он может влиять на качество видео.

Во время полета скорость вращения моторов постоянно меняется. При изменении скорости вращения меняется потребляемый ток и появляются скачки напряжения, что по сути и есть шум.

Чаще всего шум выражается в полосах на изображении.

LC-фильтр может подавить шум в линии питания вашего FPV оборудования (видеопередатчик, камера). Иногда такой фильтр нужен, иногда нет. Некоторые стабилизаторы (DC-DC преобразователи) уже имеют встроенные фильтры, но отдельный LC-фильтр может улучшить ситуацию.

LC-фильтры и конденсаторы с низким ESR

Меня часто спрашивают о том, что лучше использовать: LC-фильтр или Low ESR конденсатор? Должен заметить, что они нужны для разных целей.

LC-фильтр в основном используется для того, чтобы устранить шум в FPV оборудовании, он не устраняет шум, который есть в основной сети (до стабилизатора). С другой стороны, Low ESR конденсатор должен снизить шум доходящий до всех потребителей.

Дополнительная информация: что такое конденсаторы с низким ESR и как их использовать в миникоптерах (англ.)

У LC-фильтров есть максимально допустимый ток, который определяется параметрами катушки индуктивности (дросселя), следовательно, они используются в схемах с небольшим током. В полетных контроллерах очень часто можно увидеть LC-фильтры в цепях питания 5 и 12 вольт, также они бывают и на PDB (тоже для питания FPV оборудования). Обычно LC фильтры более эффективны, чем отдельный конденсатор.

При использовании только LowESR конденсатора нужно проверить только допустимое напряжение.

Делаем свой LC-фильтр

Значение емкости и индуктивности меняет частоту среза. Если вы знаете частоту шума, то сможете подавить его более эффективно. Однако, даже при использовании произвольной индуктивности и конденсатора, вы все равно получите какую-нибудь фильтрацию 🙂

Хорошо, если вы знаете какая вам нужна емкость конденсатора и индуктивность катушки! Если нет, то не парьтесь, не ракету же строим, всё будет нормально.

Вот схема соединения конденсатора и дросселя.

При выборе конденсатора, убедитесь, что он подходит по напряжению, т.е. если вы подключаете LC-фильтр напрямую к LiPo аккумулятору, то конденсатор должен быть на напряжение не ниже (а лучше на 5-10 вольт выше, прим. перев), чем напряжение аккума. Что касается ёмкости, то, чем больше, тем лучше, думаю подойдёт 100 — 2000 мкФ.

Дроссель можно купить или сделать самому, для этого нужно ферритовое кольцо (англ.) и немного провода. Важно правильно выбрать диаметр и длину провода. В идеале нужно сделать как минимум полдюжины витков. А диаметр проводов выбирается исходя из максимальной силы тока.

Если вы сами наматываете катушку, то наматывайте только плюсовой провод. При намотке на ферритовое кольцо НЕ ЗАКАНЧИВАЙТЕ намотку на той же стороне где начали, выход должен быть с другой стороны.

Конденсатор подойдет любой электролитический. Их легко можно найти в старой аппаратуре или в компах. Или купите какой-нибудь на eBay, они очень дешевые. Лучше всего использовать конденсатор lowESR.

Проверьте, что подключили конденсатор со стороны выхода, там, где подключается нагрузка в виде камеры или видеопередатчика.

Заключение

LC-фильтры великолепны, их просто сделать и легко купить (они очень дешевые). Если у вас есть помехи в виде линий на видеосигнале с коптера, фильтр может снизить шум или даже полностью его убрать. Использование только конденсатора не всегда может решить проблему, так что лучше ставить LC-фильтр.

История изменений

• Февраль 2014 — первая версия статьи
• Июнь 2018 — обновление статьи, добавлены разные LC-фильтры

LC-фильтр питания 1.7A

JavaScript seems to be disabled in your browser.
You must have JavaScript enabled in your browser to utilize the functionality of this website.

Proceed to Checkout

Итоговая цена

0,00 A$

Корзина 0

Хотите бесплатную доставку? кликните сюда Узнать больше!

{{/findAutocomplete}}

SKU: {{sku}} {{#isFreeshipppingEnabled}} Бесплатная доставка подходящих заказов {{/isFreeshipppingEnabled}}

{{#isDiscountFlag1Enabled}}

{{/isDiscountFlag1Enabled}} {{#isDiscountFlag2Enabled}}

{{/isDiscountFlag2Enabled}} {{#isDiscountFlag3Enabled}}

{{/isDiscountFlag3Enabled}} {{#isDiscountFlag4Enabled}}

{{/isDiscountFlag4Enabled}} {{#isDiscountFlag5Enabled}}

{{/isDiscountFlag5Enabled}} {{#isDiscountFlag6Enabled}}

{{/isDiscountFlag6Enabled}} {{#isDiscountFlag7Enabled}}

{{/isDiscountFlag7Enabled}} {{#isDiscountFlag8Enabled}}

{{/isDiscountFlag8Enabled}} {{#isDiscountFlag9Enabled}}

{{/isDiscountFlag9Enabled}} {{#list_image_url}}{{/list_image_url}} {{^list_image_url}}{{/list_image_url}}

{{#isFreeshipppingEnabled}}

Бесплатная доставка подходящих заказов

{{/isFreeshipppingEnabled}} {{#isAddToCartEnabled}} {{#isWarehouseAddToCartEnabled}} {{^is_combo_product}}

Количество: {{#isAgerestrictionEnabled}} {{/isAgerestrictionEnabled}} {{^isAgerestrictionEnabled}} {{/isAgerestrictionEnabled}}

{{/is_combo_product}} {{/isWarehouseAddToCartEnabled}} {{/isAddToCartEnabled}} {{#availableInOtherWarehouses}} {{{availableInOtherWarehouses}}} {{/availableInOtherWarehouses}} {{#is_combo_product}} {{^isProhibited}} Подробнее {{/isProhibited}} {{/is_combo_product}} {{#isProhibited}}

​We are sorry, this product is not available in your country

{{/isProhibited}}

{{#hbk_price. stock_2_group_0_original_formated}} {{hbk_price.stock_2_group_0_original_formated_label}} {{hbk_price.stock_2_group_0_original_formated}} {{/hbk_price.stock_2_group_0_original_formated}} {{#is_combo_product}} {{hbk_price.stock_2_group_0_combo_price_label}} {{/is_combo_product}} {{hbk_price.stock_2_group_0_formated}} {{#hbk_price.stock_2_group_0_original_formated}} {{hbk_price.stock_2_group_0_you_save_formated_label}} {{hbk_price.stock_2_group_0_you_save_formated}} {{/hbk_price.stock_2_group_0_original_formated}}

LC-фильтр для советов по проектированию источников питания

Ключевые выводы

• Понимание основ LC-фильтра.

• Узнайте, почему LC-фильтр для блока питания важен.

• Советы по сборке LC-фильтра источника питания.

Шум переменного тока влияет на точность, стабильность и функциональность различных компонентов.

Я всегда считал, что для приготовления идеального эспрессо достаточно высококачественных кофейных зерен и дорогой кофемашины. Увидев бариста мирового класса в действии, я понял, что ошибался. Помимо возвышенных техник, фильтр для воды определяет конечный результат приготовления эспрессо.

Наблюдение за этим мастером открыло глаза на то, насколько дотошным нужно быть, чтобы приготовить идеальную чашку кофе. Этот опыт также подчеркивает аналогичный и часто упускаемый из виду аспект при проектировании источника питания. Возможно, фильтр для воды не используется, но вам нужно будет установить LC-фильтр для источника питания.

Что такое LC-фильтр?

Если вам нужно базовое обновление, LC-фильтр представляет собой фильтр нижних частот, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. Он предназначен для предотвращения прохождения через цепь некоторых высокочастотных компонентов переменного тока. Вот типичное расположение LC-фильтра.

Базовая схема LC-фильтра нижних частот.

На более высоких частотах дроссель действует как дроссель, который блокирует прохождение компонентов переменного тока. Между тем, импеданс конденсатора уменьшается и образует путь для прохождения высокочастотных компонентов. Идея LC-фильтра состоит в том, чтобы предотвратить попадание высокочастотных составляющих переменного тока на нагрузку.

Зачем нужен LC-фильтр для источника питания?

В идеальном мире напряжение на выходе источника питания постоянного тока представляет собой идеальную горизонтальную линию при наблюдении на осциллографе. Однако мир далек от идеала, и напряжение никогда не бывает идеальной линией.

Блок питания постоянного тока чувствителен к пульсациям и шуму переменного тока, особенно импульсный регулятор мощности. Частота переключения и перехода создает пульсации выше 500 кГц, которые часто связаны с выходным напряжением. Даже если вы придерживаетесь линейного регулятора, у вас также будут компоненты переменного тока от частоты сети или цифровых помех.

Точно так же, как нефильтрованная вода может испортить чашку эспрессо, пульсации переменного тока, попадающие на выход регулятора, могут повлиять на функционирование системы. Такие модули, как АЦП, ЦАП и операционные усилители, особенно чувствительны к помехам переменного тока в источнике питания. Точность этих модулей может быть нарушена, а в некоторых случаях компоненты могут работать неправильно.

Шум источника питания влияет не только на аналоговые компоненты. В одном из исследований было установлено, что шум блока питания снижает тактовую частоту высокоскоростного микропроцессора на 6,7%.

Даже если схема может выдержать шум переменного тока, он все равно может излучаться в виде электромагнитных помех и влиять на другие электронные устройства.

Советы по проектированию LC-фильтра источника питания

Поверьте мне на слово, шум источника питания раздражает. Вы не можете предсказать, как и когда это повлияет на схему. В отличие от плохо приготовленной чашки кофе, последствия помех систем электропитания в полевых условиях гораздо серьезнее.

Поэтому необходимо убедиться, что блок питания оснащен LC-фильтром нижних частот. Вот несколько советов по правильной реализации:

Позиционирование

Естественно, вы подумаете о размещении LC-фильтра между выходом регулятора и нагрузкой. Хотя в этом размещении нет ничего плохого, вы можете добиться лучшего подавления шума, поместив LC-фильтр на вход, если вы используете понижающий регулятор.

Для понижающих регуляторов большая часть шума связана с переключением на входе. Добавление LC-фильтра на вход приводит к большему подавлению.

Конденсаторы с низким значением ESR и ESL

Для эффективного подавления высокочастотного шума вам следует выбрать конденсатор с низким значением ESR и ESL. Если этого трудно достичь, рассмотрите возможность использования двух конденсаторов параллельно для более низкого комбинированного значения ESR и ESL.

Используйте электролитические конденсаторы с низким ESR/ESL.

Значения LC

Выбор номинала катушки индуктивности и конденсатора кажется простым процессом. В конце концов, что может пойти не так, если следовать следующей формуле?

f = 1 / (2π √LC)

Однако есть нечто большее, чем объединение двух пассивных компонентов для блокировки высокочастотного шума. Для начала вам нужно выбрать индуктор со значительно более высоким значением, чем индуктивность, подключенная последовательно к источнику питания.

Сопоставьте его с соответствующим номиналом конденсатора, чтобы получить резонансную частоту.

Вы должны быть осторожны с недостаточно демпфированной характеристикой LC-фильтра, так как это может привести к пиковой амплитуде на частоте. Для предотвращения пиков к LC-фильтру добавлен параллельный демпфирующий RC-элемент.

Будет полезно, если вы сможете смоделировать LC-фильтр с помощью ведущего в отрасли программного обеспечения для проектирования и анализа печатных плат. OrCAD PCB Designer предоставляет компоновку, необходимую для создания ваших схем, и хорошо сочетается с PSpice, чтобы обеспечить критическое затухание отклика LC-фильтра и ослабление правильных частот.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Вы также можете посетить наш канал YouTube и посмотреть видеоролики о моделировании и системном анализе, а также ознакомиться с новинками нашего набора инструментов для проектирования и анализа.

 

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Шумоподавление импульсного регулятора с LC-фильтром

к Фредерик Досталь Скачать PDF

Для уменьшения шума переключения можно использовать различные методы фильтрации. регулятор. Особенно хорошо работает LC-фильтр с катушкой индуктивности. последовательно с потоком мощности и конденсатором от отфильтрованного напряжения К земле, приземляться. Этот тип LC-фильтра создает двойной полюс в частоте домен. В зависимости от значений L и C угловая частота — в данном случае двойной полюс — может быть установлена ​​таким образом, чтобы уменьшить шум. от частоты переключения и переходной частоты переключения импульсного блока питания. Дополнительная LC-цепь работает как фильтр нижних частот.

При наличии шума в чувствительном электронном оборудовании, питаемом от Импульсный источник питания часто может быть оснащен фильтром, состоящим из L2 и C3. используется (рис. 1). Выходное напряжение источника питания фильтруется ЖК-фильтр. Высокочастотный шум, исходящий от частоты коммутации, обычно между 500 кГц и 3 МГц, а от коммутационного перехода частота, обычно между 50 МГц и 200 МГц, ослабляется.

 

 

 

<img src=’https://www. analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/switching-regulator-noise-reduction-with-an- lc-filter/figure1.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 1’>

Рис. 1. Понижающий стабилизатор для питания чувствительных к шуму нагрузок с LC-фильтром на выходе.

Расположение дополнительного фильтра в схеме очень важно для успешная фильтрация. Интуитивно можно было бы поместить этот фильтр между выходным импульсного источника питания и чувствительной нагрузки. Такой чувствительный Нагрузкой может быть АЦП с высоким разрешением, ЦАП, операционный усилитель с низким уровнем сигнала или чувствительный VCO или PLL для радиочастотной схемы. Любые пульсации напряжения на выходе понижающий регулятор будет ослаблен дополнительным фильтром. В то время как рябь в узле А появится напряжение (рис. 1), в узле В шум будет значительно ниже.

Однако, если импульсный блок питания является понижающим стабилизатором, а дополнительный LC фильтр на входе импульсного стабилизатора а не выход, возможно большее шумоподавление. Это показано на рис. 2. Причина этого в том, что топология buck имеет относительно мало шум на выходе. Катушка индуктивности (L1 на рис. 2) включена последовательно с выходной путь (узел A). Этот узел будет испытывать некоторое пульсирующее напряжение, но амплитуда обычно составляет всего несколько мВ. Точное значение зависит от используемая частота переключения, значения входного и выходного напряжения и особенно выбранные значения компонентов L1 и C2.

<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/switching-regulator-noise-reduction-with-an-lc-filter /figure2.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 2’>

Рисунок 2. Часто дополнительный входной фильтр снижает системный шум намного больше, чем фильтр на выходе

Однако входная сторона понижающей топологии очень зашумлена. Когда переключатель S1 выключен, ток не поступает на понижающий регулятор. Когда переключатель S1 включен, в цепи протекает полный ток. Входной конденсатор С1 помогает уменьшить эти интенсивные течения немного меняются. Тем не менее, шум со стороны входа намного выше.

Шум на входе понижающего регулятора электрически не связан с чувствительная нагрузка. Однако в обычных схемах имеется много связей. механизмы такого шума. Быстрые переменные токи на входе понижающего каскада часто прокладываются на печатной плате на большие расстояния. изменяющиеся токи могут индуктивно соединяться с другими частями цепи и, в конечном счете, вызвать шум в чувствительной цепи нагрузки.

Причина, по которой входной фильтр более эффективен для снижения шума, чем фильтр выходной стороны специфичен для топологии buck. Другие топологии, например в качестве повышения или обратного хода, приводят к высокому уровню шума на выходе. Как результат, дополнительный LC-фильтр на выходе необходим для снижения шума.

Не секрет, что при питании чувствительных нагрузок требуется дополнительная фильтрация Импульсный источник питания имеет большой смысл. Шум можно уменьшить эффективно с таким фильтром. Чего многие дизайнеры не понимают, так это того, что в В некоторых ситуациях, особенно с понижающими регуляторами, очень важно отфильтровать входная сторона для лучшей производительности. Интуитивно можно было бы сначала посмотреть на узел между понижающим регулятором и нагрузкой, на которую подается питание.

Как объясняется в статье, это тот случай, когда наша интуиция не работает. подскажите нам лучшее решение. Всегда смотрите на узлы, где чередуются токи, также называемые горячими петлями, возникают и обеспечивают правильную дополнительную фильтрацию там. В этом случае шум переключения эффективно снижается.

Автор

Фредерик Досталь

Фредерик Досталь — эксперт по управлению питанием с более чем 20-летним опытом работы в этой отрасли. После изучения микроэлектроники в Эрлангенском университете, Германия, он присоединился к National Semiconductor в 2001 году, где работал инженером по полевым приложениям, приобретая большой опыт внедрения решений по управлению питанием в проекты клиентов.