Auswirkung auf die Ausgangsspannung, wenn die Spannungsreglerkappen zu klein sind

„Stabilität“ in Regulierungsbehörden verstehen

Um ein intuitives Verständnis zu erlangen (worum es in der Frage geht), müssen Sie das Konzept der Stabilität und die Funktionsweise von Regulierungsbehörden im Allgemeinen verstehen.

Für die meisten Kondensatorwerte, die für Regler angegeben werden, sind die angegebenen Werte der Mindestwert, der für die Stabilität benötigt wird, zuzüglich einer kleinen Reserve.

Der Regler ist ein geschlossener Regelkreis. Es beobachtet, was an der Ausgabe passiert, und passt "Zeug" intern an, um sicherzustellen, dass die Ausgabe (eigentlich eine herunterskalierte Version der Ausgabe) immer einem gewünschten Wert entspricht.

Probleme treten auf, wenn es anfängt, seinen Schwanz zu jagen. Wenn sich infolge der internen Änderung des "Zeugs" auch die Eingangsspannung zu ändern beginnt (oder sich der Ausgang zu schnell ändert), wirken sich die vom Regler vorgenommenen Änderungen zu stark aus und er muss den Überschuss rückgängig machen.

Diese korrigierende Änderung kann auch über das Ziel hinausschießen und eine weitere korrigierende Änderung erfordern ... wie Sie sehen können, kann der Regler ohne ausreichende "Stabilität" im System eine kontinuierlich schwankende Spannung ausgeben und nicht die flache Linie, die Sie sich von einem Regler erhoffen .

Die Kondensatoren verlangsamen Spannungsänderungen und tragen so zur Gewährleistung der Gesamtstabilität bei.

Eingang

Der Eingangskondensator wird zur Stabilisierung der Eingangsspannung benötigt. Wenn die Eingangsspannung durch eine große Induktivität (z. B. einen langen Draht) von der Stromquelle isoliert ist, äußern sich Stromänderungen im Regler aufgrund der Induktivität als große Spannungsänderungen am Eingang. Der Kondensator soll diese Induktivität "aufheben" und eine langsam variierende (z. B. stabile) Spannung am Eingang sicherstellen. Dadurch wird die Eingangsänderung langsamer als die Reaktionszeit des Regelkreises des Reglers – Stabilität wird erreicht.

Ausgabe

Wenn Sie keinen ausreichend großen Ausgangskondensator haben (den zweiten in Ihrer Beschreibung), ist die Ausgangswelligkeit größer als im Datenblatt vorhergesagt. Das heißt, Sie erhalten die geregelte Spannung, aber der Ausgang schwankt um diese Spannung. Insbesondere reagiert der Ausgang nur langsam auf schnelle Laständerungen (Strombedarf). Wenn Sie also verschiedene Teile Ihrer Last- (Anwendungs-) Schaltung aktivieren, kann es zu plötzlichen Spannungsabfällen kommen. Diese Einbrüche können stark genug sein, um Resets in Ihren digitalen Schaltkreisen (oder schlimmer noch, Latching) oder Bedingungen in Ihren analogen Schaltkreisen auszulösen, bei denen es eine Erholungszeit gibt (z. B. Entladen von Filterkondensatoren).

Faustregel(n)

Dies sind Näherungswerte. Die richtige Antwort in der Technik lautet immer „es kommt darauf an“, aber das ist nicht sinnvoll. Hier gebe ich Ihnen also einige Gedanken zum "Schätzen" vernünftiger Werte.

• Der Eingangskondensator sollte der Empfehlung im Beispiel "typische Anwendungsschaltung" im Datenblatt entsprechen. Das Hinzufügen hat nur Auswirkungen auf Größe / Kosten und schadet Ihnen im Betrieb elektrisch nicht (selbst wenn Sie es nicht benötigen) - das heißt, Ihr System sollte nicht so konzipiert sein, dass dies nicht möglich ist tolerieren den zusätzlichen Einschaltstrom, der durch das Vorhandensein dieses Kondensators verursacht wird.
• Der Ausgangskondensator sollte wie im Datenblatt üblich dimensioniert und dann vergrößert werden, wenn Sie die Welligkeit in Ihrer Anwendung als nicht tolerierbar empfinden. Wenn Sie jedoch wissen, dass Sie eine sensible Anwendung haben, beginnen Sie mit dem doppelten Wert und reduzieren Sie ihn, wenn Sie die Leistung für akzeptabel halten. Sie können auch in Betracht ziehen, einen zweiten Regler direkt neben Ihren empfindlichen Schaltkreisen hinzuzufügen (dies wird als Point-of-Load-Regulierung bezeichnet und wird in den meisten PC-Motherboards, Grafikkarten usw. verwendet). Wenn Sie dies tun, muss Ihr erster Regler auf die Endspannung plus die Overhead-Spannung des zweiten Reglers herunterkommen, oder der zweite Regler kann nicht regeln.
• Sie können die maximale Größe des Kondensators konservativ berechnen als: die Ausgangsimpedanz des Reglers * die Kapazität muss kleiner sein als die Startup-Austastzeit des Reglers (manchmal als Soft-Start oder In-Rush-Timeout bezeichnet). Einfacher können Sie die typische Empfehlung normalerweise problemlos verdoppeln.
• Sie erhalten normalerweise eine bessere Leistung, wenn Sie Dekadenkondensatoren verwenden, anstatt nur die Menge der Bulk-Kapazität zu vergrößern, da dies die Effektivität der Kapazität über der Frequenz erhöht, anstatt nur die Menge in dem einen Band zu erhöhen, in dem der vorhandene Kondensator effektiv ist.
• Auch in Bezug auf die Effektivität sind nicht alle tatsächlichen Kondensatoren gleich. Bei Reglern spielt der ESR (Equivalent Series Resistance, eigentlich Impedanz) eine wichtigere Rolle als die Gesamtkapazität selbst, da dieser Parameter beschreibt, wie gut die Kapazität (innen) die Spannung (außen) beeinflussen kann. Je niedriger der ESR, desto besser ist die Leistung des Kondensators in Regleranwendungen.

Das ist eigentlich eine sehr weit gefasste Frage, aber hier sind ein paar Hinweise.

Betrachten wir Ihre typische Reglerschaltung.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die Ausgangsspannung des Reglers ist für einen bestimmten Bereich von Eingangsspannungen definiert. Eine zu niedrige Spannung und der Ausgang ist im Grunde nur ein Spannungsabfall über dem Eingang, darüber hinaus variiert der Ausgang bis zum Zerstörungspunkt des Reglers geringfügig mit der Eingangsspannung innerhalb der Toleranz der angegebenen geregelten Spannung.

Je stabiler die Eingangsspannung ist, desto stabiler ist die Ausgangsspannung. Wenn die Quelle auf der linken Seite eine vollweggleichgerichtete Spannung ist, soll C1 groß sein, um die Welligkeit zu minimieren, die durch den Regler geleitet wird. Wenn es jedoch von einer bereits geregelten Versorgung kommt, sagen wir Ihrer 12-V-Schiene, kann der Kondensator viel kleiner sein.

Der Ausgangskondensator C2 ist eher ein Lastnivellierer. Es hilft, Strom zu liefern, wenn Ihre Last von niedrigem Strom auf hohen Strom umschaltet, und gibt dem Regler Zeit, sich an den neuen Bedarf anzupassen. Wenn Ihre Last über einen weiten Bereich schaltet, und häufig, möchten Sie, dass dieser Kondensator größer ist.

Um die Sache noch komplizierter zu machen, leitet der Regler diesen Anstieg zurück zur Eingangsseite und zieht C1 wiederum nach unten.

Ein zu großer Kondensator am Ausgang führt jedoch dazu, dass der Regler länger in der Strombegrenzung bleibt, wenn die Schaltung anfänglich eingeschaltet wird, da der große Ladestrom länger ist. Wenn der Eingangskondensator sehr groß ist, dauert es ähnlich länger, bis der Regler die erforderliche Ausgangsspannung erreicht. Beides kann problematisch sein, wenn die angeschlossene Schaltung während dieses Übergangs teilweise funktioniert.

Daher hängt die Ausgewogenheit dieser Kondensatorgrößen in hohem Maße von der Art der Anwendung ab. Die empfohlenen Mindestwerte sollten immer eingehalten werden, um Stabilität zu "garantieren", aber Sie müssen das Design später mit dem funktionsfähigen Prototypen wirklich noch einmal überdenken.