Wann ist die Verwendung eines π-Filters gegenüber einem parallelen Kondensatorfilter vorteilhaft?

Sie können sich diese beiden Schaltungen als Filter vorstellen: Das Pi-Netzwerk verhält sich wie ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung, während sich die Schaltung mit vielen Kondensatoren wie ein Tiefpassfilter erster Ordnung verhält. Sie können sich diese Reihenfolge als einzelne Eigenschaft jedes dieser Filter vorstellen.

Die andere Eigenschaft, die Sie bei diesen Filtern beachten sollten, ist die Grenzfrequenz. Der ganze Sinn eines Tiefpassfilters besteht darin, alle Frequenzen oberhalb einer bestimmten Frequenz, die als Grenzfrequenz bezeichnet wird, abzuschneiden. Kein Filter ist perfekt, daher erscheinen Frequenzen oberhalb dieser Grenze immer noch am Ausgang, nur gedämpft. Wie gedämpft? Nun, das bringt uns zurück zur Reihenfolge des Filters. Je höher der Tiefpassfilter, desto stärker dämpft er die Frequenzen oberhalb seiner Grenzfrequenz. Ein Tiefpassfilter erster Ordnung kann also alle 100-Hz-Signale um -3 dB dämpfen, während ein Filter höherer Ordnung mit derselben Grenzfrequenz ein 100-Hz-Signal um -6 dB dämpfen kann.

Diese von Ihnen vorgestellte Schaltung ist ein Sonderfall, bei dem Sie versuchen, nur Gleichstrom oder 0 Hz durchzulassen. Dies bedeutet, dass Sie Ihre Grenzfrequenz im Wesentlichen so nahe wie möglich an 0 Hz verschieben. Wenn Sie die Größe der Kondensatoren in der Nur-Kondensator-Schaltung erhöhen, senken Sie eigentlich nur die Grenzfrequenz nahe Null. Wenn sich Ihre Grenzfrequenz von 1 Hz auf 0,1 Hz auf 0,01 Hz verringert, bedeutet dies, dass alle höheren Frequenzen gedämpft werden. In diesem Fall bedeutet dies, dass Ihre Schaltung eine viel längere Startzeit hat: Gleichspannung, die vor 10 Sekunden gestartet wurde, hat keinen Frequenzinhalt von mehr als 0,1 Hz, da es sich im Wesentlichen nur um eine halbe Periode einer 0,1-Hz-Rechteckwelle handelt . Nach dieser Startzeit funktioniert Ihre Schaltung jedoch recht gut, da ihre Grenzfrequenz sehr niedrig ist:

Die Pi-Schaltung verhält sich wie ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung und funktioniert genauso: Wenn Sie die Komponentengröße erhöhen, bewegt sich die Frequenz immer näher an Null. Da es sich jedoch um einen Filter zweiter Ordnung handelt, wird der 50-Hz-Frequenzanteil am Ausgang noch stärker gedämpft als mit dem Tiefpass erster Ordnung bei gleicher Grenzfrequenz. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass die Startzeit jetzt dieselbe ist wie bei der Schaltung 1. Ordnung, aber die 50 Hz besser herausgefiltert werden.

In Ihrem Setup führt der massive Induktorwert dazu, dass Ihr Filter zweiter Ordnung auch eine viel niedrigere Grenzfrequenz hat, was die massive Startzeit verursacht, die Sie sehen.

Es gibt noch viele weitere Feinheiten, für deren Verständnis mehr erforderlich ist, als beide Schaltungen als Filter zu betrachten: Die Induktivität kann in einigen Fällen kleine Überspannungen verursachen, vielleicht wenn sich Ihre Lastimpedanz ändert, während dies mit einer rein kapazitiven Filterung unmöglich ist. Reine Kondensatorfilter beginnen damit, den gesamten Strom von der Last wegzuführen, was beim Start viel Anfangsleistung verbraucht, während Induktivitäten verhindern, dass Strom die Last erreicht, indem sie keinen Strom ziehen, und somit beim Start viel weniger Energie verschwenden. Wie andere Antworten bereits sagten, werden Pi-Filter im Allgemeinen zum Filtern von Signalen verwendet, bei denen die Grenzfrequenz> 0 Hz beträgt, wobei für die Leistung normalerweise ein reiner Kondensator-Tiefpass 1. Ordnung verwendet wird.

Sie können den PI-Filter dämpfen, indem Sie R = sqrt( L/C) verwenden. Somit benötigen 1uH und 1uF 1 Ohm, für Q = 2 Verhalten.

1uH und 10.000uF benötigen 0,01 Ohm Rdampen, was nur der Lötwiderstand sein kann, und Sie erhalten die Dämpfung kostenlos. Und die Leute kommen zu dem Schluss, dass dies magisch ist, und spekulieren und hoffen, anstatt ein bisschen zu rechnen.

Der "Pi"-Filter ist als solcher kein großer Filter. Sie benötigen etwas, das eine Serienimpedanz erzeugt, um tatsächlich eine ordnungsgemäße Filterung durchzuführen. Zugegeben, bei relativ großen Kapazitäten wie hier (4,7 mF * 4) übernehmen nur die Parasiten eine gewisse Filterung für Sie.

Diese großen Kappen würden natürlich gute Arbeit leisten, um Laststufenänderungen zu stabilisieren. Dieser 50-µF-Kondensator ist mickrig im Vergleich zu der 18,8-mF-Kapazität, die Sie im anderen Beispiel haben. Das Ersetzen der zweiten 50-µF-Kappe durch eine 4,7-mF-Kappe wäre ein ausgewogenerer Ansatz.

Ich weiß nicht, was Ihre genaue Anwendung ist, aber im Allgemeinen sind Sie für hohe Frequenzen mit einem Ferrit + Kondensator oder einem 3-Pol-Kondensator im Ausgang besser bedient. Beides macht jedoch keinen Sinn für 50Hz.

Beachten Sie, dass 18,8 mF capss eine Mutter eines Einschaltstroms erzeugen. Sie werden damit Sicherungen durchbrennen, es sei denn, Sie setzen eine Art Vorladeschaltung / Einschaltstrombegrenzer ein.

Sie können Ihre Spannungswelligkeit berechnen, um festzustellen, wie viel Kapazität Sie tatsächlich benötigen. Die Formel lautet:

Sie würden wahrscheinlich eine Stromschiene mit besserer Qualität erhalten, indem Sie die Ausgangsspannung des Transformators erhöhen und einen Spannungsregler nach dem großen Kondensator schalten. Auf diese Weise wird die Welligkeit von der Last nicht "gesehen".