今回までに4種のローパスフィルター(以下LPF)について見てきましたので一回まとめておきたいと思います。※前回の記事で使ったOPamp2LPFはお遊びでしたので割愛致します。

1. 4種のLPFの構成と結果

1.1 各種LPFの構成

回路の条件としては、カットオフ周波数fcが50Hzになる様に表1の通り各LPFを構成しました。

表1：各種ローパスフィルターの構成
項目	CR-LPF	LR-LPF	RLC-LPF	Opamp-LPF
抵抗R1(Ω)	330	300	620	33000
抵抗R2(Ω)	-	-	-	33000
コンデンサC1(μF)	10	-	10	0.1
コンデンサC2(μF)	-	-	-	0.1
インダクタL(H)	-	1	1	-
カットオフ周波数fc(Hz)	48.2	47.7	50.3	48.2

1.2 各種LPFシュミレート結果

シュミレートの条件としては、周波数を50,490,977Hz、PWM信号のDuty比を25,50,75％として、各LPFのリップル電圧(ノイズ)と、PWMの平均信号電流を表2に示します。

表2：シュミレート結果
項目	周波数(Hz)	Duty比(%)	CR-LPF	LR-LPF	RLC-LPF	Opamp-LPF
リップル電圧(V)	50Hz	25	3.87	4.02	2.53	2.38
		50	4.54	4.64	3.50	3.30
		75	3.87	4.02	2.53	2.38
	490Hz	25	0.577	0.628	0.049	0.0445
		50	0.768	0.830	0.0655	0.0594
		75	0.577	0.628	0.0490	0.0455
	977Hz	25	0.292	0.317	0.0128	0.0113
		50	0.291	0.422	0.0175	0.0151
		75	0.388	0.317	0.0132	0.0113
平均信号電流(mA)	50Hz	25	5.60	5.32	3.05	0.0541
		50	5.83	9.08	3.79	0.0554
		75	5.46	12.4	3.03	0.0534
	490Hz	25	6.68	3.82	1.88	0.0670
		50	7.55	7.39	0.738	0.0755
		75	6.63	11.3	0.548	0.0655
	977Hz	25	6.56	3.8	0.270	0.0687
		50	6.63	7.59	0.368	0.0757
		75	7.57	11.37	0.278	0.0659

2. リップル電圧

2.1 周波数別

表2より、4種のLPFについてDuty比を変化させた時のリップル電圧の変化をグラフ化したものを図1-1に示します。

図1-1：Duty比とリップル電圧

2.2 Duty比別

表2より、4種のLPFについて周波数を変化させた時のリップル電圧の変化をグラフ化したものを図1-2に示します。

図1-2：周波数とリップル電圧

3. 信号電流平均値

3.1 周波数別

表2より、4種のLPFについてDuty比を変化させた時の信号電流平均値の変化をグラフ化したものを図2-1に示します。

図2-1：Duty比と信号電流平均値

2.2 Duty比別

表2より、4種のLPFについて周波数を変化させた時の信号平均電流の変化をグラフ化したものを図2-2に示します。

図2-2：周波数と信号平均電流

4. まとめ

やはりグラフにして比べると分かりやすいです。OPampLPFはPWM信号50～977Hz全域において、最もリップル電圧を低減する効果が高い事が分かりました。

またRLC-LPFはOPampLPFと同程度のノイズ低減効果を持っていましたが、PWM信号の発生原から出る電流量が周波数に反比例して増える傾向にありました。PWM信号発生するArduinoやサーボ受信機の負荷はなるべく少なくしたいと言う事もあり、OPampLPFがトータル性能として優れている事が再確認出来ました。