Bir voltaj regülatöründen önceki bir kapasitör neden sonradan daha etkilidir?

Bir USB güç bankasından , 3.3 V'a düşüren bir LDO voltaj regülatörüne 5 V geliyor. 3.3 V hattında birkaç IC ve IR sensörünüz var. IR sensörlerinden biri kısa patlamalarda oldukça fazla akım tüketir (karşısında 10 µF'lik bir kapağım var).

Bu güce aç IR sensörü her açıldığında, devremdeki bazı diğer kısımların bir anlığına garip davranmasına neden olur. 3.3 V rayına büyük bir kapasitör eklemenin, bunu ortadan kaldırmaya yardımcı olacağını düşündüm. Ancak 5 V tarafına daha küçük bir kapasitör ekleyebileceğimi de fark ettim ve bu da sorunu çözdü.

Neden kapasitör regülatörün giriş tarafında çıkıştan ziyade daha etkilidir? Sensörün bulunduğu çıkış / 3,3 V tarafında olsaydı, şarjın sisteme "daha kolay ulaşılabileceğini" düşündüm.

(Sadece elektronikle uğraşıyorum ve temel fizik E&M'nin ötesinde resmi bir bilgim yok.)

* Düzenleme: Sorun / deneyden önce regülatörün her iki tarafında zaten bir 0.1 uF kapak, 1 uF kapak ve iki 10 uF kapak vardı (her iki tarafta toplam 21.1 uF). Problemden sonra fazladan kapak eklemeye başladım.

Kullanım noktasında bir geçici süre boyunca voltaj düşüşü kabaca aşağıdakilerden oluşur:

1. tel ve kaynağın regülatörden önceki endüktansı. Uzun ve ince güç kaynağı kablosu kullanan tipik bir sistem durumunda, bu genellikle önemlidir çünkü kablonun endüktansı yüksektir.

2. regülatörden sonra tel / PCB hattının endüktansı. Bu, kullanım regülatörün yakınındaysa genellikle kısadır, ancak sistem büyük bir PCB veya belki daha fazla birbirine bağlı PCB kullanıyorsa önemli olabilir.

3. regülatörün tepki süresi. Regülatörün yanıt vermesi gereken iki önemli olay vardır: giriş voltajı varyasyonları, çıkış yükü varyasyonları. Bu parametreler veri sayfasında bulunabilir.

Regülatörün çıkışındaki geçici bir süre boyunca aşağıdakiler olur:

1. çıkış kondansatöründeki voltaj düşer
2. regülatörün kontrol döngüsü voltaj sapmasını algılar ve daha fazlasını yapmaya çalışır. Bu zaman alır (veri sayfasındaki yük düzenleme tepki süresi) ve bu sırada voltaj daha fazla düşer.
3. regülatör daha fazla iletken ve giriş kondansatöründen daha fazla akım çeker.
4. kablodan önce başlık ve besleme gerilimi arasındaki voltaj farkı, giriş kondansatörünü doldurarak akımın kablodan akmaya başlamasına neden olur. Bu zaman alır çünkü endüktans, akımın ne kadar hızlı akmaya başlayabileceğini sınırlar .

Giriş kondansatörü kaynak tarafından tekrar dolduruluncaya kadar yeterli şarj tutamazsa, voltaj regülatörün izin verilen minimum giriş voltajının altına düşer. Regülatör hiçbir şey yapamaz: giriş minimum seviyeye ulaşıncaya kadar çıkış voltajı nominal seviyenin altında kalır.

Regülatörü tasarlanan işletim bölgesinin dışına zorlamak başka ciddi dezavantajlara sahip olabilir. Orijinal olarak kapalı döngü kontrolü açılırsa, geçiş cihazı doyabilir. Giriş voltajının dahili devrelere güvenilir bir şekilde güç sağlamak için yeterli olmaması da mümkündür ve cihaz düşük voltaj kilitleme işlevselliği nedeniyle kapanabilir veya sadece düzgün çalışmayabilir. Bu durumlardan kurtarma süresi, yeterli giriş voltajı olduğunda tipik yük tepkisinden çok daha uzun olabilir. Bu olaydan kaçınmalısınız.

Bu, çıkış kondansatörü büyük olsa bile meydana gelebilir. Üzerindeki voltaj düşecek ve regülatör çıkış voltajını algılar ve tutmaya ve geri doldurmaya çalışır. Kapak çok büyükse, regülatör giriş tarafından yüksek akım çekecektir. İlk sorun, giriş kapasitöründen gelmesidir, bu nedenle çıkışta büyük bir kapak olsa bile yukarıdaki durum ortaya çıkabilir. İkinci sorun, akımın kendi içinde yanıtı yavaşlatan aşırı akım korumasını tetikleyecek kadar yüksek olabilmesidir ve aşırı akımdan geri kazanım yük düzenleme süresinden daha yavaş olabilir. En iyi performansı elde etmek için regülatörü normal çalışma koşullarında tutmalısınız.

Çıkış kapasitörü, regülatörün artan yükü yanıtladığı ve telafi ettiği zamanı köprülemek için mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Kabaca söylemek gerekirse, çıkış kapağını artırırsanız, sadece regülatörün çalışmasını sertleştirirsiniz.

En iyi gerçek dünya yaklaşımı, giriş tarafında yeterince büyük bir kapak ve çıkış tarafında küçük bir kapakla başlamaktır. Öneriler için veri sayfasını okuyun. Çıkış tarafındaki geçişi bir osiloskopla kontrol edin. Tatmin edici değilse, çıkış kapağını artırmayı veya daha düşük seri endüktanslı bir kapakla değiştirmeyi deneyin. Ardından girişteki geçici girişi inceleyin ve giriş kapağını azaltmayı deneyin. Her iki tarafta da bir miktar güvenlik payı bulundurun.

DÜZENLE:

Regülatörden sonra tel / PCB hattının empedansı ...

... daha önce belirtilenle aynı etkiye sahiptir: geçici durumlar sırasında veya sürekli fakat yüksek frekanslı yükleme durumunda, kullanım noktasında voltaj çentiği (veya sürekli düşüş) olacaktır. Sinyali regülatörün çıkışındaki ve kullanım noktasında bir osiloskop ile karşılaştırırsanız, regülatörde çok daha küçük gürültü olacağını göreceksiniz.

Regülatörün çıkışındaki kapasitör ile birleştirilen telin / rayın endüktansı, HF bileşenlerini etkili bir şekilde nemlendiren bir LC düşük geçiş filtresidir.

Bu iyidir , çünkü gürültülü yük regülatörün voltajını bozmaz (çok fazla). MCU veya diğer (analog) devreleri regülatörden bağımsız olarak bir yıldız topolojisinde besleyebilirsiniz. Bu paraziti etkili bir şekilde azaltacaktır. Parçanın endüktansı yeterince yüksek değilse, kasıtlı olarak indüktörleri hatta dahil edebilirsiniz. Bu, sizinkine benzer ekipmanlarda sıklıkla görülebilir: hassas analog / dijital kontrol ile birleştirilmiş yüksek güçlü geçici yükler.

Yüksek besleme empedansı da kötüdür , çünkü her yükte düzgün besleme istiyorsanız, ancak bu her kullanım noktasına (düşük ESR) kapasitörler eklenerek düzeltilebilir. Örneğin bir PC anakartı incelerseniz, bu nedenle her yerde yüzlerce seramik kapak göreceksiniz.

Çıkışta bir kondansatör ile, giriş voltajı çıkış düzenlemesini sağlamak için gerekli olanın altına düşerse, beslemede bir düşüş olacak ve çıkış kapasitörü düşecektir.

Girişteki bir kapasitör ile regülatörün her zaman bir voltaj rezervi olacaktır ve minimum giriş voltajının üstünde kalırsa, çıkış regülatörü kapasitör olmadan da (biraz daha yüksek frekans empedansından ödün vermeden) korunabilir.

Rektifiye AC ile bu etki çok açık olacaktır. 5 V beslemenizle, sensörlerinizin ihtiyaç duyduğundan daha az akım kapasitesine işaret ediyor gibi görünüyor.

Deneyin ve dalgalanma dalga formları bir kapsam ile bir göz atın. Bütçe ve şartnamelerin bunu haklı kılabilmesi için özel düzenleyici kurumlar bulundurmayı düşünün. Bu, bir sensörün diğer parçaları etkilemesini önleyecektir.

Çünkü dQ = C * dV.

Regülatörü doğrudan limitleri üzerinde çalıştırmadığınız sürece, giriş kapasitöründe daha büyük bir dV'yi tolere edebilir ve daha küçük bir C'ye izin verebilirsiniz.

Sorunun temel dayanağı geçersizdir ve evrensel olarak uygulanabilir değildir. Kesinlikle düzenleyicilerin (her ne türden olursa olsun) çalışmak için makul derecede pürüzsüz (filtrelenmiş) ham güce sahip olması gerekir. Tipik bir AC kaynağından ve doğrultucu aşamasından çıkan darbeli DC'de herhangi biri varsa çalışacaktır. Burası tipik olarak büyük "yığın" filtre kapasitörlerini görüyoruz.

Ancak, güç kaynağı veri yolunu, örnek olarak verilen gibi büyük, aralıklı yüklerin varlığında tutmak için büyük kapasitansın gerekli olduğu bazı durumlar vardır.

"Öncesi ve sonrası daha etkili" meselesi değil. Bunlar iki ayrı ve bağımsız durumdur ve sorudaki gibi mantıksal olarak birleştirilemez.

Bir regülatörün çıkış tarafındaki bir kapasitör, çıkış voltajı değişmedikçe veya değişene kadar yararlı bir şey yapmaya bile başlamayacaktır. Giriş voltajı düştüğünde giriş tarafındaki bir kondansatör akım vermeye başlayacaktır. Tipik bir regülatör, giriş voltajındaki değişikliklerin çıkışı etkileme derecesini en aza indirmeye çalışacağından, giriş tarafı kapasitörünün enerji sağlamaya başlaması için gereken giriş voltajı düşmesi tipik olarak önemli bir çıkış voltajı değişikliğine neden olmaz.

Bazı durumlarda, bir regülatör ani bir akım talebine anında tepki veremeyebilir ve bu gibi durumlarda bir çıkış kapasitörü, regülatörün reaksiyona girdiği süre boyunca çıkışa bir miktar akım sağlamak için yararlı olabilir (gerekli değilse). artan bir yüke. Çıkış kapağı, çıkış voltajı belirgin bir şekilde düşmeden akımı çok etkili bir şekilde besleyemez, ancak artan talebe tepki vermesi için regülatöre zaman verecek kadar besleyebilir.