¿Cuándo es ventajoso usar un filtro π en lugar de un filtro de capacitor paralelo?

Puede pensar en estos dos circuitos como filtros: la red pi se comporta como un filtro de paso bajo de segundo orden, mientras que el circuito de muchos condensadores se comporta como un filtro de paso bajo de primer orden. Puede pensar en este orden como una sola propiedad de cada uno de estos filtros.

La otra propiedad a tener en cuenta con estos filtros es la frecuencia de corte. El objetivo de un filtro de paso bajo es cortar todas las frecuencias por encima de una frecuencia elegida que se llama frecuencia de corte. Ningún filtro es perfecto, por lo que las frecuencias por encima de este límite siguen apareciendo en la salida, simplemente atenuadas. ¿Qué tan atenuado? Bueno, esto nos lleva de vuelta al orden del filtro. Cuanto mayor sea el orden del filtro de paso bajo, mayor será la atenuación de las frecuencias por encima de su frecuencia de corte. Por lo tanto, un filtro de paso bajo de primer orden puede atenuar todas las señales de 100 Hz en -3 dB, mientras que un filtro de orden superior con la misma frecuencia de corte puede atenuar una señal de 100 Hz en -6 dB.

Ahora, este circuito que ha presentado es un caso especial en el que está tratando de pasar solo CC o 0 Hz. Esto significa que básicamente está moviendo su frecuencia de corte lo más cerca posible de 0 Hz. A medida que aumenta el tamaño de los capacitores en el circuito de solo capacitor, en realidad solo está reduciendo la frecuencia de corte cerca de cero. A medida que su frecuencia de corte disminuye, de 1 Hz a 0,1 Hz y 0,01 Hz, esto significa que cualquier frecuencia superior a esta será atenuada. Lo que esto significa en este caso es que su circuito tendrá un tiempo de inicio mucho mayor: el voltaje de CC directo, iniciado hace 10 segundos, no tiene un contenido de frecuencia superior a 0,1 Hz, ya que es esencialmente solo la mitad de un período de una onda cuadrada de 0,1 Hz. . Sin embargo, después de este tiempo de inicio, su circuito funcionará bastante bien ya que su frecuencia de corte es muy baja:

El circuito pi se comporta como un filtro de paso bajo de segundo orden y funciona exactamente igual: a medida que aumenta el tamaño del componente, la frecuencia se acercará cada vez más a cero. Sin embargo, dado que el filtro es de segundo orden, el contenido de frecuencia de 50 Hz será aún más atenuado en la salida que con el paso bajo de primer orden en la misma frecuencia de corte. Lo que esto significa esencialmente es que ahora el tiempo de inicio es el mismo que el del circuito de primer orden, pero filtra mejor los 50 Hz.

En su configuración, el valor masivo del inductor hace que su filtro de segundo orden también tenga una frecuencia de corte mucho más baja, que es lo que causa el tiempo de inicio masivo que está viendo.

Hay muchas más sutilezas que requieren más que pensar en ambos circuitos como filtros para comprender: el inductor puede causar pequeñas sobretensiones en algunos casos, tal vez si su impedancia de carga está cambiando, mientras que esto es imposible con filtrado puramente capacitivo. Los filtros de condensadores puros comenzarán con el hundimiento de toda la corriente lejos de la carga, lo que consume una gran cantidad de energía inicial mientras se inicia, mientras que los inductores evitan que la corriente llegue a la carga al no consumir corriente y, por lo tanto, desperdician mucha menos energía durante el arranque. Como han dicho otras respuestas, los filtros pi generalmente se usan para el filtrado de señales donde la frecuencia de corte> 0hz, mientras que para la potencia, lo que generalmente se usa es un condensador puro de paso bajo de primer orden.

Puede amortiguar el filtro PI, usando R = sqrt (L/C). Por lo tanto, 1uH y 1uF necesitan 1 ohm, para un comportamiento Q = 2.

1uH y 10,000uF necesitan 0.01 ohm Rdampen, que puede ser la resistencia de la soldadura, y obtienes la amortiguación gratis. Y la gente llega a la conclusión de que esto es magia, y simplemente apuesta y espera en lugar de hacer algunas operaciones matemáticas.

El filtro "pi" no es un filtro como tal. Necesita algo que genere una impedancia en serie para realizar un filtrado adecuado. Por supuesto, con capacidades relativamente grandes como aquí (4.7mF * 4), solo los parásitos filtrarán por usted.

Esas grandes capitalizaciones harían un buen trabajo al estabilizar cualquier cambio de paso de carga, por supuesto. Ese condensador de 50 µF es insignificante en comparación con la capacitancia de 18,8 mF que tiene en el otro ejemplo. Reemplazar el segundo límite de 50 µF con un límite de 4,7 mF sería un enfoque más equilibrado.

No sé cuál es su aplicación exacta, pero en general, para frecuencias altas, sería mejor que tuviera un condensador de ferrita + o un condensador de 3 terminales en la salida. Sin embargo, ninguno tiene sentido para 50 Hz.

Tenga en cuenta que 18,8 mF capss generará una madre de una corriente de irrupción. Quemará fusibles con eso a menos que coloque algún tipo de circuito de precarga / limitador de corriente de arranque en su lugar.

Puede calcular su ondulación de voltaje para determinar cuánta capacitancia realmente necesita, la fórmula es:

Es probable que obtenga un riel de alimentación de mejor calidad aumentando el voltaje de salida del transformador y colocando un regulador de voltaje después del condensador grande. De esa manera, la carga no "ve" la ondulación.