У меня есть 5 В, поступающие от USB-блока питания на стабилизатор напряжения LDO , который снижает его до 3,3 В. На линии 3,3 В у меня есть несколько микросхем и ИК - датчиков. Один из ИК-датчиков потребляет довольно много тока короткими импульсами (у меня на нем конденсатор на 10 мкФ).
Всякий раз, когда включается этот энергоемкий ИК-датчик, некоторые другие части моей схемы на долю секунды ведут себя странно. Я подумал, что добавление большого конденсатора к шине 3,3 В поможет устранить это, что и произошло. Но я также заметил, что вместо этого я мог бы добавить значительно меньший конденсатор на стороне 5 В, и это также решило проблему.
Почему конденсатор более эффективен на входе стабилизатора, чем на выходе? Я полагал, что заряд будет «более доступным» для системы, если он будет на стороне выхода/3,3 В, где находится датчик.
(Я просто возился с электроникой и не имею никаких формальных знаний, кроме базовой физики E&M.)
*Редактировать: до проблемы/экспериментов у меня уже были по обе стороны от регулятора колпачок 0,1 мкФ, колпачок 1 мкФ и два колпачка 10 мкФ (всего 21,1 мкФ с каждой стороны). Я начал добавлять дополнительные шапки после проблемы.
индуктивность провода и источника перед регулятором. В случае типичной системы, в которой используется длинный и тонкий кабель питания, это обычно важно, поскольку индуктивность кабеля высока.
индуктивность дорожки провода/печатной платы после регулятора. Это обычно невелико, если использование близко к регулятору, но может быть значительным, если в системе используется большая печатная плата или, возможно, больше взаимосвязанных печатных плат.
время отклика регулятора. Регулятор должен реагировать на два основных события: изменения входного напряжения и изменения выходной нагрузки. Эти параметры можно найти в его техническом паспорте.
Если входной конденсатор не может удерживать достаточный заряд до тех пор, пока он не будет заполнен источником, напряжение падает ниже минимально допустимого входного напряжения регулятора. Регулятор ничего не может сделать: выходное напряжение остается ниже номинального уровня, пока входное не достигнет минимального уровня.
Вынуждение регулятора за пределы расчетной рабочей зоны может иметь и другие серьезные недостатки. Если первоначально замкнутый контур управления размыкается, пропускное устройство может насыщаться. Также возможно, что входного напряжения недостаточно для надежного питания внутренних цепей, и устройство может отключиться из-за функции блокировки при пониженном напряжении или просто не работать должным образом. Время восстановления после этих ситуаций может быть намного больше, чем типичная реакция нагрузки при достаточном входном напряжении. Вы должны избегать этого.
Это может произойти, даже если выходной конденсатор большой. Напряжение на нем упадет, а регулятор почувствует и попытается удержать выходное напряжение и восполнить его обратно. Если крышка слишком велика, регулятор будет потреблять большой ток со стороны входа. Первая проблема заключается в том, что он исходит от входного конденсатора, поэтому, даже если у вас большой конденсатор на выходе, может возникнуть описанная выше ситуация. Вторая проблема заключается в том, что ток может быть достаточно высоким для срабатывания защиты от перегрузки по току, которая сама по себе замедляет реакцию, а восстановление после перегрузки по току может быть медленнее, чем время регулирования нагрузки. Вы должны держать регулятор в нормальных рабочих условиях для достижения наилучшей производительности.
Выходной конденсатор должен быть как можно меньше, ровно столько, чтобы перекрыть время отклика регулятора и компенсировать возросшую нагрузку. Грубо говоря, если вы увеличиваете выходной колпачок, вы просто ужесточаете работу регулятора.
Наилучший реальный подход — начать с достаточно большой кепки на стороне ввода и небольшой — на стороне вывода. Прочтите техническое описание для получения рекомендаций. Проверьте переходный процесс на выходе с помощью осциллографа. Если это неудовлетворительно, попробуйте увеличить выходной конденсатор или заменить его конденсатором с меньшей последовательной индуктивностью. Затем исследуйте переходный процесс на входе и попытайтесь уменьшить входную шапку. Сохраняйте запас прочности с обеих сторон.
РЕДАКТИРОВАТЬ:
...имеет тот же эффект, о котором упоминалось ранее: во время переходных процессов, а также в случае непрерывной, но высокочастотной нагрузки, в точке использования будет иметь место провал напряжения (или продолжительное падение). Если вы сравните сигнал осциллографом на выходе регулятора и в точке использования, то увидите, что на регуляторе шумов будет намного меньше.
Индуктивность провода/дорожки в сочетании с конденсатором на выходе стабилизатора представляет собой LC-фильтр нижних частот, эффективно гасящий ВЧ составляющие.
Это хорошо , потому что шумящая нагрузка не искажает напряжение регулятора (слишком сильно). Вы можете питать MCU или другие (аналоговые) цепи независимо от регулятора в звездообразной топологии. Это эффективно уменьшит помехи. Если индуктивность дорожки недостаточно высока, можно намеренно включить в линию катушки индуктивности. Это часто можно увидеть в оборудовании, подобном вашему: переходные нагрузки большой мощности в сочетании с чувствительным аналоговым/цифровым управлением.
Высокий импеданс питания также плох , потому что вам нужно плавное питание при каждой нагрузке, но это можно исправить, добавив конденсаторы (с низким ESR) в каждую точку использования. Если вы посмотрите, например, на материнскую плату ПК, вы увидите повсюду сотни керамических колпачков именно по этой причине.
С конденсатором на выходе, если входное напряжение упадет ниже того, что требуется для достижения стабилизации на выходе, произойдет падение напряжения питания, и выходной конденсатор сядет.
С конденсатором на входе регулятор всегда будет иметь резерв напряжения, и если оно держится выше минимального входного напряжения, стабилизация на выходе может поддерживаться даже без конденсатора (с несколько скомпрометированным импедансом на более высокой частоте).
С выпрямленным переменным током этот эффект был бы очень заметен. С вашим источником питания 5 В это, кажется, указывает на гораздо меньшую токовую мощность, чем нужно вашим датчикам.
Попробуйте взглянуть на формы пульсаций питания с помощью осциллографа. Рассмотрите возможность наличия специальных регуляторов, если это оправдано бюджетом и спецификациями. Это предотвратит влияние датчика на другие части.
Потому что dQ = C*dV.
Если вы не используете регулятор на пределе своих возможностей, вы можете допустить большее значение dV на входном конденсаторе, допуская меньшую C.
Основная посылка вопроса недействительна и не универсальна. Конечно, регуляторы (любого рода) должны иметь достаточно гладкую (отфильтрованную) сырую мощность для работы. Немногие из них, если вообще будут, будут работать на импульсном постоянном токе, компенсирующем типичный источник переменного тока и каскад выпрямителя. Именно здесь мы обычно видим большие «объемные» конденсаторы фильтра.
ОДНАКО, в некоторых случаях требуется большая емкость для удержания шины питания при наличии больших периодических нагрузок, таких как та, что приведена в качестве примера в вопросе.
Это не вопрос «эффективнее до или после». Это два отдельных и независимых случая, и они не могут быть логически объединены, как в заданном вопросе.
Конденсатор на выходе стабилизатора даже не начнет пытаться сделать что-то полезное до тех пор, пока не изменится выходное напряжение. Конденсатор на входе начнет подавать ток при падении входного напряжения. Типичный регулятор пытается свести к минимуму степень влияния изменений входного напряжения на выход, поэтому падение входного напряжения, необходимое для того, чтобы входной конденсатор начал подавать энергию, обычно не вызывает каких-либо значительных изменений выходного напряжения.
В некоторых случаях регулятор может быть не в состоянии мгновенно отреагировать на внезапную потребность в токе, и в таких случаях выходной конденсатор может быть полезен (если не требуется) для подачи некоторого тока на выход в течение времени, необходимого регулятору для реакции. к повышенной нагрузке. Выходной конденсатор не сможет очень эффективно подавать ток без заметного падения выходного напряжения, но он может подавать достаточно, чтобы дать регулятору время отреагировать на увеличение нагрузки.
Дэн Лакс
Энди ака