LC低通濾波器原理及設計方法

一、LC低通濾波器

前面提到過RC濾波器那么自然而然就存在LC濾波器，在汽車的電子控制器中幾乎每個控制器都會用到LC濾波器，特別是在電源輸入的地方可以獲得更好的EMI效果。

在控制器中我們常用的LC濾波器如下圖所示，圖1為二階LC低通濾波，圖2為3階低通濾波，且都常見于開關電源部分，其中L和C的取值于電源的工作頻率有較強的關系：

二、實際應用計算

首先我們要知道LC低通濾波器的截止頻率（本文中取諧振頻率），我們以圖1為例：

LC電路發(fā)生諧振;

現(xiàn)以TI的LM5176為例（從官網隨機找的一顆芯片），用戶可以根據自己的芯片進行轉換。圖3為TI官方網站給出的一個典型的應用電路，但是通常情況下，如果直接按照datasheet中的典型電路去制作PCB，往往在EMC方面會有問題。我們可以發(fā)現(xiàn)在手冊中推薦的典型電路中在電源輸入部分并沒有EMC相關的考慮。

現(xiàn)我們在A點插入我們前面提到的LC低通濾波器（我們以二階為例），首先查看該電源的開關頻率，從手冊中得知，fsw范圍如下

所以我們通常在設計濾波器時會將截止頻率設置到175kHz以下。

三、設計方法

LC低通濾波器設計通常采用規(guī)一化定K型濾波器設計方法，定義以下變量：

fcut:待設計濾波器的截止頻率

fr:基準濾波器的截止頻率

Lr:為歸一化電感

Cr:為歸一化電容

Creal：為實際計算容值

Lreal：為實際計算電感值

通常為了獲得更好的抑制效果，我們會將截止頻率設置的盡量低，比如設置fcut=50kHz,這里我們直接用mathcad進行計算。

最終計算結果如下，根據實際的容值進行調整：

Lreal=3.1uH

Creal=3.1Uf

如下圖4、圖5對計算結果參數(shù)進行仿真在頻率為175kHz時濾波器可以衰減接近-20dB

來源：微信公眾號<新能源電子硬件設計>