功放输出LC滤波器设计及器件选型
滤波元件的选择
整流滤波时电容和电感大小型号的选择纸介电容用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。
它的特点是体积较小，容量可以做得较大。
但是有固有电感和损耗都比较大，用于低频比较合适。
云母电容用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。
它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。
陶瓷电容用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。
它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。
铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。
薄膜电容结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。
涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。
聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。
金属化纸介电容结构和纸介电容基本相同。
它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体积小，容量较大，一般用在低频电路中。
油浸纸介电容它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。
它的特点是电容量大、耐压高，但是体积较大。
铝电解电容它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。
还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。
它的特点是容量大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。
使用的时候，正负极不要接反。
钽、铌电解电容它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。
它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。
用在要求较高的设备中。
半可变电容也叫做微调电容。
它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。
调节的时候改变两片之间的距离或者面积。
大功率交流滤波器设计方案
大功率交流滤波器设计方案设计一个大功率交流滤波器需要考虑输入和输出的电压、电流特性、频率范围和滤波要求等多个因素。
下面是一个可能的设计方案，供参考：1.规格说明-输入电压：220V，50Hz-输出电压：220V-输出电流：最大负载电流为10A-频率范围：滤波范围为0-500Hz-滤波要求：抑制输入电压高频噪声，并提供稳定的输出电压2.滤波器类型选择针对大功率交流滤波器设计，常见的类型有RC滤波器、LC滤波器和LCL滤波器。
考虑到输出负载电流较大，选择LCL滤波器作为设计方案。
3.计算滤波器参数以LCL滤波器为例，计算出对应的电感和电容值：-输入电容：根据输出负载电流，选取电容值，常见的电容规格有50uF、100uF、220uF等，选择100uF的电容进行计算-电感1：根据输出电流和频率范围，计算出电感值。
假设最大频率为500Hz，负载电流10A，则计算得到：L1=V/(f*I)=220/(500*10)=4.4mH-电感2：选择一个适当的电感值，比如2mH4.电路设计根据计算结果，设计出滤波器的电路图：-输入端串联一个100uF电容，用于滤除输入电压的高频噪声-串联一个2mH电感，用于进一步削弱高频噪声-输出端串联一个4.4mH电感，用于阻抗匹配和稳定输出电压-串联一个100uF电容，用于削弱低频波动和提供稳定输出5.仿真和测试使用电路仿真软件对滤波器进行仿真，验证设计方案的有效性。
可以通过频率响应分析、信号波形检查和输出电压稳定性测试等方式，来评估滤波器的性能。
6.优化与改进根据仿真和测试结果，进行优化和改进。
可能需要调整电感和电容的数值，或者尝试其他滤波器类型，以达到更好的滤波效果和输出质量。
综上所述，大功率交流滤波器设计是一个复杂的工程，需要综合考虑多个因素，如设计指标、滤波器类型、参数计算、电路设计、仿真和测试等。
通过不断的优化和改进，可以得到满足要求的滤波器设计方案。
功放输出LC滤波器设计及器件选型
下列位置为什么不能选择Y5V电容
C_BS Cout
Why？
高频，等于功放的工作频率，200kHz～400kHz,如 TPA3110为300kHz；
输入滤波电容
此电容非强制用X5R或X7R的； 此电容主要是为了解决EMC问题，如果EMC可以， Y5V也可以； 主要影响80MHz～200MHz。
Lbtl Out Cg
Rbtl
RBTL / 2 Z Diff ( s ) sLBTL 1 s (2C BTL C g ) RBTL / 2
LC滤波器的截止频率
f cutoff 1 2 LBTL (2C BTL C g )
H Diff ( s )
VOUT ( s ) 1 VIN ( s ) 1 s LBTL L (2C C ) s 2 BTL BTL g RBTL / 2
Cbtl 对共模信号没有任何滤波效果； 要保证共模cutoff频率都远离功放的 工作频率； Q值按AD模式来计算
Graphs 8Ω & Discussion
Butterworth L=33uH
Impedance Response: Lbtl=33uH, Cg=1uF, Cbtl=NA, Rbtl=8ohms, Q=0.696 60 Zcm, Z250kHz = 51ohms 50 Zdif f 5 10 Frequency Response: Lbtl=33uH, Cg=1uF, Cbtl=NA, Rbtl=8ohms, Q=0.696
R Q L 2
2C BTL C g LBTL
•
没有共模信号，所以只需注意差模阻抗和频响即可；
BD调制模式 – BTL
差模模式
LC,RC滤波电路设计
1 概述 采用开关放大技术的数字功放工作原理与模拟功放
完全不同 其开关功率级输出的高频 PWM 信号中包含 有音频信号 PWM 频率为几百 kHz 比音频信号带宽 20~20kHz 大得多 为了从 PWM 开关信号中恢复出音频 信号 通常采用低通滤波器 LPF 低通滤波器频率特 性如图 1 所示
可以接数字功放的 LC 滤波器输出 也可以直接接数字功放开关功率级输出的 PWM 信号
后一种测试连接可以消除 LC 滤波器产生的失真 能得到更好的测试指标 测试用低通滤波
器的输出接传统的模拟音频测试仪
输入 衰减 网络
二阶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ通
二阶低通
二阶低通
输出
图 10 满足 AES17-1998 要求的低通滤波器
天津开发区迪奥特数字技术开发有限公司
的 LC 低通滤波器可分为二阶 一级 四阶 二级 低通滤波器 结构如图 5 图 6 所示 四阶低通滤波器由两个二阶低通滤波器串联组成 二阶与四阶 LC 低通滤波器性能比较如表 2 所示
图 5 二阶 一级 低通滤波器
图 6 四阶 二级 低通滤波器
功率损耗 频响 vs 阻抗变化 2~8
成本 THD+N
EMI
至前级 反馈 LPF
测试 至测试仪 LPF
功率 至负载 LPF
图 4 数字功放中低通滤波器位置及作用
类型 LC 无源 RC 有源 RC
表1
等效内阻
输出功率
小
大
大
微小
输入大 输出小
小
使用场合 功率输出 反馈 测试 反馈 测试
2 LC 低通滤波器 LC 低通滤波器用在功率输出 组成元件为电感 L 与电容 C 数字功放功率输出常采用
一文读懂LC滤波器简单设计方法及原理介绍
一文读懂LC滤波器简单设计方法及原理介绍LC滤波器概述LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。
LC滤波器之所以称为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源。
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。
LC滤波器是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
LC滤波器的分类调谐滤波器调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次（单调谐）或两次（双调谐）谐波，该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率。
高通滤波器高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减低于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截止频率。
影像参数滤波器以影像参数理论为基础设计实现的滤波器。
这种滤波器是由若干个基本节（或半节）按联接处影像阻抗相等的原则级联组成的。
基本节按电路结构分有定k型和m导出型。
以LC低通滤波器为例，定k 型低通基本节的阻带衰减随频率增加而单调增大；m导出型低通基本节则在阻带中某频率处有衰减峰，衰减峰的位置由m导出节中的m值控制。
各低通基本节级联后构成的低通滤波器，固有衰减等于各基本节的固有衰减之和，当滤波器两端终接的电源内阻抗和负载阻抗分别等于其两端的影像阻抗时，该滤波器的工作衰减和相移就分别等于其固有衰减和相移。
图1（a）所示的滤波器是由一个定k节和两个m导出节级联组成，Zπ和Zπm为影像阻抗。
图1（b）为其衰减频率特性。
阻带内两个衰减峰/f∞1和f∞2的位置分别由两个m导出节的m值决定。
图一同理，高通、带通和带阻滤波器也可用相应的基本节组成。
滤波器的影像阻抗不可能与纯电阻性的电源内阻以及负载阻抗在整个频带都相等（在阻带内相差更大），固有衰减与工作衰减在通带内有较大的差异。
LC滤波电路原理与设计详解
LC 滤波电路LC 滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。
LC 滤波器之所以称 为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源。
LC 滤波器一般是 由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外, 还兼顾无功补偿的需要；无源滤波器，又称LC 滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的 滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电 感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、 双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
\ LC 滤波器的适用场合无源LC 电路不易集成，通常电源中整流后的滤波电路均采用无源电路，且 在大电流负载时应采用LC 电路。
有源滤波器适用场合有源滤波器电路不适于高压大电流的负载，只适用于信号处理, 滤波是信号处理中的一个重要概念。
滤波分经典滤波和现代滤波。
经典滤波的概念，是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。
根据高等数学 理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。
换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。
只允许一定频率范围内的信 号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路， 叫做经典滤波器或 滤波 电路电容滤波电路 电感滤波电路作用原理整流电路的输出电压不是纯粹的直流， 从示波器观察整流电路的输出，与直流相 差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。
需要利用具有储能作用的电抗性元件 （如电容、 流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。
波、电感滤波和复式滤波（包括倒L 型、LC 滤波、LCn 型滤波和RGt 型滤波等）。
有源滤波的主要形式是有源 RC 滤波，也被称作电子滤波器。
直流电中的脉动成 分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。
LC滤波器简单设计法
滤波器按照通带特性分类有：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BRF）、全通滤波器（APF）。
关于全通滤波器说明一下，从频率的选择上没有什么特别的作用，因为它基本不具备选频特性，那么这个滤波器有什么用呢？当信号通过这个滤波器时，不会损失任何频率成分，但是信号所包含的各频成分的延时会随频率不同而不同，那么这个滤波器的作用就是改变信号延时，常用在对系统延时进行补偿的场合，也成为移相器。
大家都知道理想的滤波器矩形窗是很难实现的，设计时使用某个函数逼近窗函数来进行设计，这样的滤波器设计方法称为函数型滤波器，根据函数对滤波器进行分类：巴特沃斯型滤波器，在通带内响应最为平坦。
X图1 巴特沃斯型滤波器切比雪夫型滤波器（等波纹滤波器），截止频率特别好，群延时特性不太好，通带内有等波纹起伏。
图 2 切比雪夫型滤波器逆切比雪夫型滤波器（巴特沃斯-切比雪夫滤波器），阻带内有零点（陷波点），椭圆滤波器有更好的截止特性，因此并不经常使用。
图 3 逆切比雪夫型滤波器椭圆滤波器（联立切比雪夫滤波器），通带内有起伏，阻带内有零点（陷波点），截止频率比其他滤波器都好，但是对器件要求很高。
图4 椭圆滤波器贝塞尔型滤波器（延时最平伏滤波器），通带内延时特性最为平坦，截止特性特别差。
图5 贝塞尔滤波器一般没有特别要求可以选择巴特沃斯滤波器，衰减特性和相位特性都比较好。
对衰减特性有要求的情况，可以选择切比雪夫滤波器，但是其相位特性不是很好，对非正弦信号会产生失真。
对相位特性由要求的情侣，可以选择贝塞尔滤波器，输出信号一般不会失真。
一般滤波器通带内有起伏，则衰减特性会比较好。
低通滤波器设计（LPF）以上基于函数的滤波器设计都是现代模拟滤波器设计的典型方法，比较古典的基于映像参数的设计方法，在设计方法上比较简单，但是相较则截止频率不准确、性能较差。
定K型滤波器，以变量f作为截止频率，计算时只需要将 f 换成实际截止频率即可。
LC滤波电路原理及设计详解
LC滤波电路原理及设计详解LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。
LC滤波器之所以称为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源。
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要；无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
LC滤波器的适用场合无源LC电路不易集成，通常电源中整流后的滤波电路均采用无源电路，且在大电流负载时应采用LC电路。
有源滤波器适用场合有源滤波器电路不适于高压大电流的负载，只适用于信号处理，滤波是信号处理中的一个重要概念。
滤波分经典滤波和现代滤波。
经典滤波的概念，是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。
根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。
换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。
只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。
电容滤波电路/电感滤波电路作用原理整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。
为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。
无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。
有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。
直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。
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o2 j o2
Q
o2
20 15 10
Effect of Q on Frequency Response Peaking
jQ Q
5
Critically Damped - Ideal
0
|H(jw)| (dB)
Q 1 peaking
-5
2
-10
Q
1 2
critically damped
下列位置为什么不能选择Y5V电容
C_BS
Cout
Why？
高频，等于功放的工作频率，200kHz～400kHz,如 TPA3110为300kHz；
大电流；
工作环境温度比较高；
输入滤波电容
此电容非强制用X5R或X7R的；
此电容主要是为了解决EMC问题，如果EMC可以， Y5V也可以；
Long wires act as antenna
VDD
Gnd
为什么需要LC滤波器
• 主要是为了改善 EMC, 尤其是喇叭线比较长时(>10cm) • 一定要记住LC滤波器要靠近功放,L靠近功放，C靠近L。
Integrated Class-D Amplifier
Power MOSFETs
power
Vd+VLOUT，给上驱动供电.
如果此电容容量过小,会造成上MOSFET驱动不足,从而引起功放发热,甚至损坏；
Y5V材质电容由于受温度、频率、电压以及使用时间等因素的影响，实际容量非常小，会造成上面的问题。
LC滤波电容
此位置的电容只能用X7R、X5R或薄膜电容；
L1和C2组成一个二阶低通滤波器，其截止频率为
fcutoff 2
1 LBTL Cg
其共模阻抗为：
ZCM
(s)
sLBTL
1 sCg
如果Fcutoff和功放工作频率比较接近，会造成共模阻抗ZCM过小，从而造成输出共模电流过大，甚至过流保 护。
Y5V材质电容由于受温度、频率、电压以及使用时间等因素的影响，实际容量非常小，会造成上面的问题。
2
LBTL
• 没有共模信号，所以只需注意差模阻抗和频响即可；
BD调制模式 – BTL
差模模式
Z Diff
(s)
sLBTL
1
RBTL / 2 sCg RBTL
/
2
H Diff (s) Q RL
VOUT (s) VIN (s)
Cg
1
s
1 LBTL RBTL / 2
LBTL
Cg
1
RBTL s(2CBTL
/2 Cg
) RBTL
/
2
H Diff
(s)
VOUT (s) VIN (s)
1
s
LBTL RBTL /
2
1 LBTL
(2CBTL
Cg ) s2
LC滤波器的截止频率
fcutoff 2
1 LBTL (2CBTL Cg )
Q RL 2CBTL Cg
主要影响80MHz～200MHz。
下列位置为什么不能选择Y5V电容
C_BS电容：
此位置的电容只能用X7R或X5R材质的电容； 此电容的作用是给半桥上MOSFET驱动供电； 因为上MOSFET是N沟道的,所以Vgs必须大于Vgs(th); 工作原理是：当下MOSFET导通时，GVDD通过内部boost二极管给C12充电,当下MOSFET关闭时,VBSL=GVDD-
电容特性曲线
电容特性曲线
电感和电容容量计算
电感和电容容量计算------为什么需要LC滤波器
• 主要是为了改善 EMC, 尤其是喇叭线比较长时 (>10cm)
Integrated Class-D Amplifier
Power MOSFETs
power
VDD
out +
-
out -
+
ground
功放输出LC滤波器的设计
•输出电容材质的选择； •电感和电容容量的计算
输出电容材质的选择-----瓷片电容的种类
常见的型号
COG（NPO）材质的温度特性及频率特性是所有材质里面最 好的，但容量一般做不大，一般都不到0.1uF；X7R特性其 次，Y5V最差。 功放输出部分的瓷介一般都大于0.1uF，所以推荐选用X7R， 或者降级使用X5R的。
1 s L RL
1 LC s2
LC s2 s 1
RL C
1 LC
A s2 s o
Q
o2
f cutoff
2
1 LC
LC滤波器的截止频率
Q RL
C L
A
1 LC
o 2
SE输出的Q & Peaking
H ( jo )
o2
• 有共模信号，一定要注意共模阻抗； • 要保证cufoff频率远小于功放工作频率。
BD调制模式，但是用AD模式的滤波电路？
差模信号的截止频率：
fcutoff 2
1 L (2CBTL Cg )
共模信号的截止频率：
f cutoff
2
1 L Cg
•
• 没有共模信号
•
不不同同的的调调制制模模式式导导致致不不同同架架构构的的LLCC滤滤波波器器..
BD 调制 Out+和Out- 同相，只是占空比差异 有共模和差模信号
传统的AD调制模式 - BTL
Lbtl Out +
Lbtl Out -
Cg Cbtl
Rbtl Cg
Z Diff
(s)
sLBTL
VDD
LO+
out +
-
CO+
out -
+
ground
LOCO-
LC filter removes HF switching in long wires
VDD Gnd
VDD VDD / 2 Gnd
Basic Theory – SE（single end）
1
H (s) VOUT (s) VIN (s)
s2
2 LBTL
LC滤波器的截止频率
f cutoff
2
1 LBTL Cg
BD调制模式 – BTL
共模模式
Lbtl
Vin +
Lbtl Vin -
+ Cg Vout+
-
+ Cg Vout-
-
ZCM
(s)
sLBTL
1 sCg
H CM
(s)
VOUT (s) VIN (s)Βιβλιοθήκη 11 s 2 LBTLCg
-15 Over Damped - High Frequency Loss
-20
C
1
o RL 2
L .RL 2
o
-25
Butterworth -30 103
104 Freq (Hz)
Q=0.707 Q=1.4 Q=0.3
105
Modulations
• AD 调制
•
• Out+和Out- 完全反向