摘要

在對電源電壓進行濾波時，有幾種不同的電路可供選擇。本文將闡釋使用LC濾波器和線性穩壓器進行濾波之間的主要區別。

引言

線性穩壓器能夠將較高的電壓轉換為較低的電壓，并將產生的電壓精確調節至一個可調整的值。借助這種方式，可以輕松地為各種各樣的應用生成電源電壓。然而，由于效率相對較低，線性穩壓器在許多應用中已被開關模式電源(SMPS)取代。圖1展示了一個用于電壓轉換的簡易線性穩壓器電路。

圖1.一個簡易線性穩壓器將較高電壓轉換為較低電壓。

近年來，線性穩壓器拓寬了應用范圍，尤其是在電源線濾波方面。圖2展示了一種采用LC濾波器的無源濾波方案，由一個電容器和一個線圈構成。這種濾波器因直流(DC)損耗低而備受青睞，而這主要歸功于線圈L的串聯電阻(DCR)。圖2展示的正是這樣一個LC濾波器。

圖2.一種采用LC濾波器的濾波電路，用于降低SMPS的電壓紋波。

這種濾波器的效果取決于其傳遞函數，具體表現為波特圖中雙極點的位置。自轉折頻率起，增益以每十倍頻程40 dB的速率下降，而轉折頻率由電感L和電容C的值共同確定。這種濾波器作為低通濾波器，能夠讓直流電壓順利通過，同時抑制高頻干擾，比如電源線上的電壓紋波。

與有源電路不同，此濾波器不需要有源元件，而是依靠線圈和電容器來工作。線圈所需的額定電流與電感各有不同，其成本可能會相當高昂。

圖3.用于濾波的線性穩壓器。

圖3展示了一種充當濾波器的線性穩壓器，其作用是最大限度降低SMPS的電壓紋波。此濾波器的性能優劣取決于電源電壓抑制比(PSRR)，PSRR通常通過與頻率相關的圖表形式來呈現。對于線性穩壓器而言，在典型的1 MHz開關穩壓器頻率下，良好的PSRR值意味著可實現高達80 dB的衰減效果。

圖中所示的LT3042是一款線性穩壓器，非常適合用作濾波級，因為即便處于高頻環境下，它依然能夠提供較高的PSRR，同時自身產生的干擾微乎其微。在需要使用濾波器來凈化電源電壓的應用中，上述特性顯得尤為關鍵。

實現濾波的方式多種多樣，而使用線性穩壓器進行濾波的一個顯著優勢在于，它能夠精確調節輸出電壓。LC濾波器缺乏獨立的電壓調節環路，這就導致其產生的電壓會受到原始電壓源（如SMPS）特性的影響。根據流過LC濾波器（如圖2所示）的直流電流大小，線圈的DCR會在不同程度上影響輸出電壓。雖然這種情況對于負載電流恒定的應用來說或許尚可接受，但在負載電流變化的應用中，這可能引發一系列問題。

結論

對于特定的應用，使用仿真工具來評估不同濾波方案的優缺點將帶來極大助益。LTspice?是一款免費且高效的仿真工具，能夠為評估工作提供助力。