Auswahl von Bypass-Kondensatoren für aufeinanderfolgende Linearregler

Hintergrund:

Ich überprüfe meine Prototyp-Leiterplatte, um frühere Probleme auszubügeln. Das PCB ist eine Bluetooth-Datenerfassungseinheit für Füllstände und Durchfluss von Flüssigkeiten. Ich bin von Beruf Softwareprogrammierer und habe eine formelle Ausbildung in digitaler Elektronik, den Rest lerne ich im Laufe der Zeit. Ich würde es wirklich schätzen, wenn einige der Fans hier mich in die richtige Richtung weisen könnten.


Schaltungsaufschlüsselung:

Liefern

10 - 15 VDC -> Buck/Boost -> 12 VDC -> 5 VDC -> 3,3 VDC

Belastung: +-500mA

  1. zwei 5V MCUs
  2. 5V RDM6300 RFID-Lesegerät.
  3. 3,3 V HC-06 Bluetooth-Modul.
  4. zwei 12V 4-20mA Sensoren
  5. vier 5V-LEDs
  6. zwei Transistoren

Problem:

Zuverlässigkeit. Derzeit treibe ich einen 3,3-V-Regler LD1117V33 von einem 7805, den ich vom 12-V-DC / DC-Wandler treibe. Wie Sie sich vorstellen können, wird der 7805 auch mit einem Kühlkörper heiß. Ich liebe die Bretter und möchte, dass sie lange im heißen Feld halten. Aufgrund der Erschwinglichkeit und scheinbaren Einfachheit von Reglern im Gegensatz zu DC/DC-Reglern und den Auswirkungen von kaskadierenden Welligkeiten auf meinen analogen Schaltungen, ganz zu schweigen von den Fragen zu gemeinsamen Erdungen und isolierten Erdungen usw., möchte ich einen zusätzlichen 7809 hinzufügen. Also dass ich 12 V -> 9 V -> 5 V -> 3,3 V habe, um die Wärmeableitungslast zu teilen.

Mein Problem ist, wie ich die Eingangs- und Ausgangskondensatoren für jeden dieser Regler berechne? Wie kann man insbesondere ansprechen, dass der Ausgangskondensator eines Reglers der Eingangskondensator des nächsten Reglers ist? Der aktuelle 7805 -> LD1117V33 scheint mit 1 uF Eingang und 100 nF Ausgang auf beiden gut zu funktionieren.

Gibt es einen Grund, warum Sie nicht von der 12-V-Schiene oder der Eingangsversorgung auf 5 V herunterfahren?
Vergiss es und füge einen Kühlkörper hinzu.
@ThreePhaseEel Um ehrlich zu sein, begann ich mit einem Steckbrett-Arduino-Setup und fügte es einfach hinzu. Erst als ich anfing, Chips zu verlieren, wurde mir klar, dass ich möglicherweise einen besseren Stromkreis brauche. Sie sehen, dass die Wasserpumpe von demselben Batterie- / Ladegerätsystem betrieben wird, was einige starke Stromspitzen verursacht. Ich habe darüber nachgedacht, den 7805 durch einen OKI-78SR zu ersetzen, die beiden 12-V-4-20-mA-Sensoren von den schwankenden 12 V zu treiben, da die Stromschleife immun sein sollte, und eine 2,5-V-Zenerdiode als analoge Referenz zu verwenden, um die gemeldete Welligkeit in der zu mildern 78SR.
@EJP Das habe ich getan und es hat gut funktioniert, aber ich versuche immer, die Grenze zwischen dem „besseren Weg“ und der Erschwinglichkeit zu überschreiten.
@BinaryWizzard - der OKI-78SR für die 5-V-Versorgung ist eine gute Idee. Zener sind jedoch lausige Referenzdioden, selbst die ehrwürdige TL431 wird eine bessere analoge Referenz sein, ganz zu schweigen von einem tatsächlichen Präzisionsreferenz-IC ...
Ich würde Ihnen vorschlagen, Ihre Hardware-Architektur von der Verwendung verschiedener Spannungsregler auf nur einen Regler mit mehreren Ausgängen zu ändern. Sie können nur eine Eingangsspannung und 3 oder 4 unabhängige Ausgangsspannungen haben. Diese Lösung ist kleiner und zuverlässiger. Grüße,

Antworten (1)

Ja, Sie könnten einen ganzen zusätzlichen linearen Spannungsregler und Kondensatoren für eine Spannungsschiene hinzufügen, die Sie nicht einmal benötigen, nur um die Verlustleistung zu verteilen.

Oder Sie könnten einfach einen Widerstand verwenden.

Sie sagen, Ihr Problem ist die Zuverlässigkeit? Dann lassen Sie mich Ihnen etwas über das zuverlässigste elektrische Bauteil erzählen, das jemals hergestellt wurde: den Widerstand. Sie sind das einzige Bauteil, das, wenn auch unzuverlässig, auch nach einem Brand noch weiter funktionieren kann . Verdammt, ich habe gesehen, wie diese kräftigen Sandstein-Leistungswiderstände ein wenig explodierten und immer noch funktionieren, zumindest bis sie stark explodieren.

Aber ich schweife ab.

Setzen Sie einfach einige Widerstände zwischen den 12-V-Abwärts-Aufwärtswandler und Ihren 7805. Sie können mehrere parallel schalten, wenn Sie die Verlustleistung wirklich verteilen und sich viel Headroom verschaffen möchten. Dies ist die zuverlässigste, einfachste und kostengünstigste Lösung.

Und als Bonus erhalten Sie mit ziemlicher Sicherheit eine bessere Welligkeitsreduzierung als die Kaskadierung eines zusätzlichen 780x (7809 in Ihrem Fall).

Die Regler der 780x-Serie sind ziemlich langsam. Sie haben eine Welligkeitsunterdrückung von ~60-70 dBV, aber nur, wenn diese Welligkeit 120 Hz beträgt. Ich weiß nicht, mit welcher Frequenz Ihr DC / DC-Wandler arbeitet, aber es sind mit ziemlicher Sicherheit 100 kHz oder mehr und es werden Oberwellen in MHz geschaltet. Diese schießen durch einen langsamen Linearregler wie den 7809 wie eine Kugel durch die Luft schießt.

Ok, es ist nicht ganz so schlimm, aber ich wäre überrascht, wenn Sie bei 100 kHz eine Unterdrückung von mehr als 40 dBV erhalten würden, und wenn Ihr Buck-Boost-Konverter schneller ist, könnten es 20 dBV oder noch schlimmer sein.

Aber wissen Sie, was Sie bekommen, wenn Sie einen Widerstand in Reihe mit einem Kondensator haben? Ein Tiefpassfilter! YAY! Und wenn Sie vor Ihrem LM7805 einen Spannungsabfallwiderstand platziert haben, haben Sie praktischerweise genau einen solchen Kondensator – den Eingangskondensator für den Linearregler. Sicher, der 7805 braucht einen schönen Eingang mit niedriger Impedanz, aber dafür ist der Kondensator da. Und da Sie Ihren maximalen Laststrom kennen, ist es trivial, Ihren Spannungsabfallwiderstand zu dimensionieren. Es ist wirklich nur eine Frage, wie viel Wärme Sie in den Widerständen im Vergleich zum Linearregler abführen möchten. Das Schöne an, sagen wir, 1-W-Widerständen ist, dass es ihnen nichts ausmacht, heiß zu werden, und dass sie diese Wärme allein durch natürliche Konvektion ableiten. Daher würde ich empfehlen, die Widerstände zu bevorzugen, wenn es um Wattverlust geht.

Ich mache nur ein schnelles und schmutziges Beispiel. Lassen Sie uns bei 500 mA Laststrom die Spannung auf genau das absenken, was Sie mit einem 7809 erhalten würden. Dazu benötigen wir einen 6-Ω-Widerstand. Wenn Sie wirklich sicher sein wollen, verwenden Sie vielleicht 3 18Ω 1W-Widerstände parallel, dann muss jeder nur 500mW verbrauchen. Sie werden die Spannung auf 9 V senken, bevor sie überhaupt den 7805 erreicht. Wenn Sie eine schöne fette Keramik direkt auf den Eingang des 7805 legen, vielleicht eine mit 47 µF oder sogar eine schicke mit 100 µF, in ihrer ganzen Pracht von 0805-Größe, werden Sie Lösen Sie Ihr Problem auf sehr zuverlässige Weise UND haben Sie einen kräftigen Tiefpassfilter, der Ihnen eine bessere Welligkeitsunterdrückung bietet, als es ein zusätzlicher Linearregler jemals könnte, insbesondere bei höheren Frequenzen.

Und wenn Sie die Spannung wirklich noch mehr bereinigen wollen, werfen Sie eine Ferritperle in Reihe zwischen den Widerständen und dem Eingangskondensator. Ferritperlen sind wunderbare kleine Lebewesen. Im Gegensatz zu Induktoren, die die Welligkeit reduzieren, aber auch einen Teil dieser Energie als EMI abstrahlen und die Situation mit ziemlicher Sicherheit verschlimmern, nehmen Ferritperlen die hochfrequente Welligkeit auf und leiten sie aufgrund von Kernverlusten als Wärme ab. Sie werden am besten als frequenzabhängige Widerstände betrachtet, die nur oberhalb bestimmter Frequenzen einen Widerstand haben. Sie werden Ihnen beim Aufräumen der analogen Teile von Schaltungen eine große Hilfe sein - jetzt ist der beste Zeitpunkt, um damit zu beginnen!

Wenn Sie immer noch wirklich daran interessiert sind, einen 7809 hinzuzufügen, können Sie Ihr Problem immer noch auf diese Weise lösen. Fügen Sie einen kleineren Vorwiderstand zwischen dem Ausgang des 7809 und dem Eingang des 7805 hinzu. Dadurch wird ein wenig Leistung verbraucht und die Dinge weiter verteilt, und der Ausgangskondensator des 7809 wird vom Eingangskondensator des 7805 entkoppelt. Verwenden Sie einfach die Werte, die Sie verwenden würden, wenn die Regler selbst verwendet würden. Der Eingangskondensator versorgt den Spannungsregler mit der niederohmigen Leistung, daher ist es vollkommen in Ordnung, einen gewissen Widerstand in Reihe mit dem Eingang zu haben, solange er vor dem Eingangskondensator liegt. Stellen Sie es natürlich niemals zwischen den Eingangskondensator und den tatsächlichen Eingang des Reglers.