Ich habe 5 V, die von einer USB-Powerbank zu einem LDO-Spannungsregler kommen , der sie auf 3,3 V absenkt. Auf der 3,3-V-Leitung habe ich mehrere ICs und IR - Sensoren. Einer der IR-Sensoren verbraucht in kurzen Stößen ziemlich viel Strom (ich habe eine 10-µF-Kappe darüber).
Immer wenn sich dieser energiehungrige IR-Sensor einschaltet, verhalten sich einige andere Teile meiner Schaltung für den Bruchteil einer Sekunde seltsam. Ich dachte, das Hinzufügen eines großen Kondensators zur 3,3-V-Schiene würde helfen, das zu beseitigen, was es auch tat. Aber mir ist auch aufgefallen, dass ich stattdessen auf der 5-V-Seite einen deutlich kleineren Kondensator einbauen könnte, und das hat das Problem auch gelöst.
Warum ist der Kondensator auf der Eingangsseite des Reglers effektiver als auf der Ausgangsseite? Ich dachte, die Ladung wäre für das System "leichter verfügbar", wenn sie sich auf der Seite des Ausgangs / 3,3 V befände, wo sich der Sensor befindet.
(Ich bastle nur an Elektronik und habe keine formalen Kenntnisse über die Grundlagen der Physik E & M hinaus.)
* Bearbeiten: Vor dem Problem / Experiment hatte ich bereits auf beiden Seiten des Reglers eine 0,1-uF-Kappe, eine 1-uF-Kappe und zwei 10-uF-Kappen (insgesamt 21,1 uF auf beiden Seiten). Ich fing an, nach dem Problem zusätzliche Kappen hinzuzufügen.
Induktivität des Drahtes und der Quelle vor dem Regler. Bei einem typischen System mit langen und dünnen Stromversorgungskabeln ist dies normalerweise von Bedeutung, da die Induktivität des Kabels hoch ist.
Induktivität der Draht-/Leiterplattenbahn nach dem Regler. Dies ist normalerweise kurz, wenn sich die Auslastung in der Nähe des Reglers befindet, kann jedoch erheblich sein, wenn das System eine große Leiterplatte oder möglicherweise mehr miteinander verbundene Leiterplatten verwendet.
Ansprechzeit des Reglers. Es gibt zwei Hauptereignisse, auf die der Regler reagieren sollte: Schwankungen der Eingangsspannung, Schwankungen der Ausgangslast. Diese Parameter finden Sie im Datenblatt.
Wenn der Eingangskondensator nicht genügend Ladung halten kann, bis er von der Quelle wieder aufgefüllt wird, fällt die Spannung unter die minimal zulässige Eingangsspannung des Reglers. Der Regler kann nichts tun: Die Ausgangsspannung bleibt unter dem Nennpegel, bis der Eingang den minimalen Pegel erreicht.
Das Herauszwingen des Reglers aus seinem vorgesehenen Betriebsbereich kann andere schwerwiegende Nachteile haben. Wenn der ursprünglich geschlossene Regelkreis öffnet, kann die Durchlassvorrichtung sättigen. Es ist auch möglich, dass die Eingangsspannung nicht ausreicht, um die internen Schaltkreise zuverlässig mit Strom zu versorgen, und das Gerät aufgrund der Unterspannungsabschaltung abschaltet oder einfach nicht richtig funktioniert. Die Erholungszeit aus diesen Situationen kann viel länger sein als die typische Lastreaktion, wenn genügend Eingangsspannung vorhanden ist. Dies sollten Sie vermeiden.
Dies kann selbst dann auftreten, wenn der Ausgangskondensator groß ist. Die Spannung darüber fällt ab, und der Regler erkennt und versucht, die Ausgangsspannung zu halten und sie wieder aufzufüllen. Wenn die Kappe zu groß ist, zieht der Regler einen hohen Strom von der Eingangsseite. Das erste Problem besteht darin, dass es vom Eingangskondensator kommt, sodass die obige Situation auftreten kann, selbst wenn Sie eine große Kappe am Ausgang haben. Das zweite Problem besteht darin, dass es möglich ist, dass der Strom hoch genug ist, um den Überstromschutz auszulösen, was an sich die Reaktion verlangsamt, und die Erholung von Überstrom kann langsamer sein als die Lastregelungszeit. Sie sollten den Regler unter normalen Betriebsbedingungen halten, um die beste Leistung zu erzielen.
Der Ausgangskondensator sollte so klein wie möglich sein, gerade genug, um die Zeit zu überbrücken, in der der Regler anspricht und die erhöhte Last kompensiert. Grob gesagt, wenn Sie die Ausgangsobergrenze erhöhen, verhärten Sie nur die Arbeit des Reglers.
Der beste reale Ansatz besteht darin, mit einer ausreichend großen Obergrenze auf der Eingangsseite und einer kleinen auf der Ausgangsseite zu beginnen. Lesen Sie das Datenblatt für Empfehlungen. Überprüfen Sie den Transienten auf der Ausgangsseite mit einem Oszilloskop. Wenn dies nicht zufriedenstellend ist, versuchen Sie, die Ausgangskappe zu erhöhen oder durch eine mit einer niedrigeren Reiheninduktivität zu ersetzen. Untersuchen Sie dann den Transienten am Eingang und versuchen Sie, die Eingangsobergrenze zu verringern. Lassen Sie auf beiden Seiten etwas Sicherheitsabstand.
BEARBEITEN:
...hat den gleichen Effekt wie oben erwähnt: Bei Transienten oder auch bei kontinuierlicher, aber hochfrequenter Belastung kommt es am Gebrauchspunkt zu einem Spannungseinbruch (oder kontinuierlichen Abfall). Wenn Sie das Signal mit einem Oszilloskop am Ausgang des Reglers und am Einsatzpunkt vergleichen, sehen Sie, dass am Regler ein viel geringeres Rauschen auftritt.
Die Induktivität der Ader/Spur kombiniert mit dem Kondensator am Ausgang des Reglers ist ein LC-Tiefpassfilter, der die HF-Anteile wirkungsvoll dämpft.
Das ist gut , weil die laute Last die Spannung des Reglers nicht (zu sehr) verzerrt. Sie können die MCU oder andere (analoge) Schaltungen unabhängig vom Regler in einer Sterntopologie versorgen. Dies wird die Interferenz effektiv reduzieren. Wenn die Induktivität der Strecke nicht hoch genug ist, können Sie gezielt Induktivitäten in die Leitung einbauen. Dies ist häufig bei ähnlichen Geräten wie Ihrem zu beobachten: transiente Hochleistungslasten kombiniert mit empfindlicher analoger / digitaler Steuerung.
Eine hohe Versorgungsimpedanz ist ebenfalls schlecht , da Sie eine reibungslose Versorgung für jede Last wünschen. Dies kann jedoch durch Hinzufügen von Kondensatoren (mit niedrigem ESR) zu jedem Verwendungspunkt behoben werden. Wenn Sie beispielsweise ein PC-Motherboard untersuchen, werden Sie genau aus diesem Grund überall Hunderte von Keramikkappen sehen.
Wenn bei einem Kondensator am Ausgang die Eingangsspannung unter den Wert fällt, der für die Ausgangsregelung erforderlich ist, kommt es zu einem Ausfall der Versorgung und der Ausgangskondensator fällt ab.
Mit einem Kondensator am Eingang hat der Regler immer eine Spannungsreserve, und wenn er über der minimalen Eingangsspannung liegt, kann die Ausgangsregelung auch ohne Kondensator (mit etwas beeinträchtigter Hochfrequenzimpedanz) aufrechterhalten werden.
Bei gleichgerichtetem Wechselstrom wäre dieser Effekt sehr deutlich. Bei Ihrer 5-V-Versorgung scheint dies auf eine eher geringere Stromfähigkeit hinzudeuten, als Ihre Sensoren benötigen.
Versuchen Sie, sich die Welligkeitswellenformen der Versorgung mit einem Oszilloskop anzusehen. Erwägen Sie, dedizierte Regulierungsbehörden einzusetzen, wenn das Budget und die Spezifikationen dies rechtfertigen können. Dadurch wird verhindert, dass ein Sensor die anderen Teile beeinflusst.
Weil dQ = C*dV.
Wenn Sie den Regler nicht direkt an seinen Grenzen betreiben, können Sie einen größeren dV am Eingangskondensator tolerieren, was einen kleineren C zulässt.
Die Grundvoraussetzung der Frage ist ungültig und nicht universell anwendbar. Sicherlich müssen Regler (jeglicher Art) über eine einigermaßen gleichmäßige (gefilterte) Rohleistung verfügen, mit der sie arbeiten können. Nur wenige, wenn überhaupt, werden mit dem gepulsten Gleichstrom arbeiten, der aus einer typischen Wechselstromquelle und Gleichrichterstufe kommt. Hier sehen wir normalerweise die großen „Bulk“-Filterkondensatoren.
JEDOCH gibt es einige Fälle, in denen eine große Kapazität erforderlich ist, um den Stromversorgungsbus bei großen, intermittierenden Lasten, wie der in der Frage als Beispiel angegebenen, aufrechtzuerhalten.
Es geht nicht um „wirksamer vorher oder nachher“. Dies sind zwei getrennte und unabhängige Fälle und können nicht wie in der gestellten Frage logisch kombiniert werden.
Ein Kondensator auf der Ausgangsseite eines Reglers versucht nicht einmal, etwas Nützliches zu tun, es sei denn, oder bis sich die Ausgangsspannung ändert. Ein Kondensator auf der Eingangsseite beginnt, Strom zu liefern, wenn die Eingangsspannung abfällt. Ein typischer Regler versucht, das Ausmaß zu minimieren, in dem sich Änderungen der Eingangsspannung auf den Ausgang auswirken, sodass der Eingangsspannungsabfall, der erforderlich ist, damit der eingangsseitige Kondensator beginnt, Energie zu liefern, normalerweise keine signifikante Änderung der Ausgangsspannung verursacht.
In einigen Fällen ist ein Regler möglicherweise nicht in der Lage, sofort auf einen plötzlichen Strombedarf zu reagieren, und in solchen Fällen kann ein Ausgangskondensator hilfreich sein (falls nicht erforderlich), um dem Ausgang während der Reaktionszeit des Reglers etwas Strom zuzuführen zu einer erhöhten Belastung. Die Ausgangskappe wird nicht in der Lage sein, Strom sehr effektiv zu speisen, ohne dass die Ausgangsspannung merklich abfällt, aber sie kann möglicherweise genug speisen, um dem Regler Zeit zu geben, auf den erhöhten Bedarf zu reagieren.
Dan Laks
Andi aka