滤波器通常用于电源和音频电子设备，以抑制不想要的频率。基于该应用，在电子电路设计中使用了许多不同类型的滤波器，但是所有滤波器的基本概念都是相同的，即去除不需要的信号。所有这些过滤器都可以分为两种类型：主动过滤器和被动过滤器。有源滤波器将一个或多个有源组件与其他无源组件一起使用，而无源滤波器仅使用无源组件制成。我们已经详细讨论了这些过滤器：
- 有源高通滤波器
- 有源低通滤波器
- 无源高通滤波器
- 无源低通滤波器
- 带通滤波器
- 谐波滤波器
在本教程中，我们学习了另一种称为Pi滤波器的新型滤波器，该滤波器在电源电路设计中非常常用。我们已经在一些以前的电源设计中使用了Pi滤波器，例如5V 2A SMPS电路和12V 1A SMPS电路。因此，让我们详细了解这些过滤器是什么以及如何设计它们。
Pi过滤器
Pi滤波器是一种无源滤波器，除传统的两元素无源滤波器外，主要由三个组件组成。所有组件的构造安排都创建了希腊字母Pi（π）的形状，因此命名为Pi section Filter。
大多数情况下，Pi滤波器用于低通滤波器应用，但也可以使用其他配置。Pi滤波器的主要组件是电容器和电感器，使其成为LC滤波器。在低通滤波器应用中，由于电容器在低通配置中停留在输入侧，因此Pi滤波器也称为电容器输入滤波器。
Pi滤波器作为低通滤波器
Pi滤波器是一种出色的低通滤波器，与传统的LC Pi滤波器有很大不同。当将Pi滤波器设计为低通时，输出将以恒定k因子保持稳定。
使用Pi配置的低通滤波器的设计非常简单。的PI滤波器电路包括并联连接，接着在形成裨形状串联的电感器的两个电容器的如下所示的图像中
如上图所示，它由两个电容器组成，这两个电容器通过一个中间串联电感器接地。由于这是一个低通滤波器，因此在高频时会产生高阻抗，而在低频时会产生低阻抗。因此，它通常用于传输线中以阻止有害的高频。
可以从下面的公式中得出Pi滤波器计算的结构和组件值，从而为您的应用设计Pi滤波器。
截止频率（fc）= 1 /ᴫ（LC）1/2 电容值为（C）= 1 / Z0ᴫfc 电感值（L1）= Z 0 /ᴫfc 其中Z 0是阻抗特性以欧姆为单位，fc是截止频率。
Pi滤波器作为高通滤波器
与低通滤波器相同，pi滤波器也可以配置为高通滤波器。在这种情况下，滤波器会阻止低频并允许高频通过。它还使用两种类型的无源元件，两个电感器和一个电容器制成。
在低通配置中，滤波器被设计为两个电容器并联，并且两个电容器之间有一个电感，但在高通配置中，无源元件的位置和数量完全相反。代替单个电感器，这里两个单独的电感器与单个电容器一起使用。
上面的Pi滤波器电路图像显示的是高通配置的滤波器，更不用说其结构也看起来像符号Pi。Pi滤波器的结构和组件值可从以下公式得出–
截止频率（fc）= 1 /4ᴫ（LC）1/2电容值为（C）= 1 / 4Z0ᴫfc阻抗值（L1）= Z 0 /4ᴫfc其中Z 0是阻抗特性以欧姆为单位，fc是截止频率。
Pi过滤器的优点
高输出电压
pi滤波器上的输出电压非常高，使其适合需要高压DC滤波器的大多数与功率相关的应用。
低纹波系数
配置为低通滤波器在直流滤波方面，Pi滤波器是一种有效的滤波器，用于滤除来自桥式整流器的有害交流纹波。由于电容和电抗的影响，电容器在AC中提供低阻抗，而在DC中提供高电阻。由于交流电的阻抗低，Pi滤波器的第一个电容器会绕过来自桥式整流器的交流电纹波。旁路的交流纹波进入电感器。电感器抵抗电流的变化，并阻止交流纹波，交流纹波被第二个电容器进一步过滤。这些多级滤波有助于在Pi滤波器上产生非常低的纹波平滑DC输出。
在RF应用中易于设计在
受控的RF环境中，例如在GHz频段中需要更高的频率传输，仅使用PCB走线就可以轻松，灵活地将高频Pi滤波器制作到PCB中。高频Pi滤波器比基于硅的滤波器还具有更高的浪涌抗扰性。例如，硅芯片的耐压能力有限，而使用无源元件制成的pi滤波器在电涌和恶劣的工业环境中具有更大的抗扰性。
Pi过滤器的缺点
更高的电感功率值
除了RF设计之外，不建议通过Pi滤波器吸收大电流，因为电流必须流经电感。如果此负载电流相对较高，则电感器的功率也会增加，从而使其体积庞大且昂贵。同样，流过电感的高电流会增加电感两端的功耗，从而导致效率低下。
高值输入电容
Pi滤波器的另一个主要问题是输入电容值大。Pi滤波器要求输入两端具有高电容，这在空间受限的应用中成为挑战。而且，高价值电容器会增加设计成本。
不良的稳压率
Pi滤波器不适用于负载电流不稳定且不断变化的情况。当负载电流漂移很大时，Pi滤波器会提供不良的电压调节。在这种应用中，建议使用L型过滤器。
Pi过滤器的应用
功率转换器
如前所述，Pi滤波器是抑制交流纹波的出色直流滤波器。由于这种行为，Pi滤波器广泛用于电力电子设计中，例如AC-DC转换器，变频器等。但是，在Power Electronics中，Pi滤波器被用作低通滤波器，我们已经设计了一个Pi滤波器电源电路，用于我们的12V 1A SMPS设计如下所示。
通常，Pi滤波器直接与桥式整流器相连，Pi滤波器的输出称为高压DC。输出直流高压用于电源驱动器电路，以进行进一步操作。
从桥式整流二极管到驱动器的这种结构与Pi滤波器的工作方式不同。首先，该Pi滤波器为整个驱动器电路的无纹波操作提供了平滑的直流电，从而导致电源最终输出产生的输出纹波较低，另一个则是将主电源与整个电源上的高开关频率隔离开来。驱动电路。
正确构造的线路滤波器可以提供共模滤波（将噪声信号像独立的单个导体一样抑制噪声的滤波器）和差模滤波（区分两个开关频率噪声，尤其是可以加到电源线中的高频噪声）在电源中，Pi滤波器是重要的组成部分。如果在电力电子应用中使用pi滤波器，也称为 电力线滤波器。
射频应用
在RF应用中，Pi滤波器用于不同的操作和不同的配置。例如，在RF应用中，匹配阻抗是一个很大的因素，Pi滤波器用于匹配RF天线两端以及RF放大器之前的阻抗。但是，在使用甚高频（例如GHz频段）的最大情况下，Pi滤波器用于信号传输线中，并且仅使用PCB走线进行设计。
上图显示了基于PCB走线的滤波器，在极高频应用中，走线会产生电感和电容。除传输线外，Pi滤波器还用于进行调制和解调的RF通信设备中。Pi滤波器被设计用于目标频率，以在接收器侧接收信号之后对信号进行解调。高通Pi滤波器还用于将目标高频旁路到放大或传输级。
Pi滤波器设计技巧
为了设计合适的Pi滤波器，需要补偿正确的PCB设计策略以确保无故障运行，以下列出了这些技巧。
在电力电子领域
- Pi滤波器布局中需要较粗的走线。
- 必须将Pi滤波器与电源单元隔离。
- 输入电容器，电感器和输出电容器之间的距离需要闭合。
- 需要将输出电容器的接地层通过适当的接地层直接连接到驱动器电路。
- 如果设计包含需要在高压DC两端连接的噪声线路（例如驱动器的高压检测线），则需要在Pi滤波器的最终输出电容器之前连接走线。这提高了驱动器电路的抗噪声能力和有害噪声注入。
在射频电路中
- 组件选择是RF应用的主要标准。组件的公差起主要作用。
- PCB走线的少量增加可能会在电路中感应出电感。适当的照顾应该考虑PCB走线电感采取电感选择。设计时应采用适当的策略以减少杂散电感。
- 需要将杂散电容最小化。
- 需要封闭式放置。
- 同轴电缆适用于RF应用中的输入和输出。