Tại sao một tụ điện trước một bộ điều chỉnh điện áp hiệu quả hơn sau?

Tôi có 5 V đi vào từ ngân hàng điện USB đến bộ điều chỉnh điện áp LDO giảm xuống còn 3,3 V. Trên dòng 3,3 V tôi có một số IC và cảm biến hồng ngoại . Một trong những cảm biến hồng ngoại tiêu thụ khá nhiều dòng điện trong các đợt ngắn (tôi có nắp 10FFF trên nó).

Bất cứ khi nào cảm biến hồng ngoại đói đó bật lên, nó sẽ khiến một số phần khác trong mạch của tôi hoạt động kỳ quặc trong một giây. Tôi nghĩ rằng việc thêm một tụ điện lớn vào đường ray 3,3 V sẽ giúp loại bỏ điều đó, điều mà nó đã làm. Nhưng tôi cũng nhận thấy rằng thay vào đó tôi có thể thêm một tụ điện nhỏ hơn đáng kể ở phía 5 V, và điều đó cũng giải quyết được vấn đề.

Tại sao các tụ điện có hiệu quả hơn ở phía đầu vào của bộ điều chỉnh hơn là đầu ra? Tôi cho rằng khoản phí sẽ "sẵn sàng hơn" cho hệ thống nếu nó ở phía đầu ra / 3,3 V, nơi có cảm biến.

(Tôi chỉ mày mò với thiết bị điện tử và không có kiến ​​thức chính thức ngoài E & M vật lý cơ bản.)

* Chỉnh sửa: Trước khi xảy ra sự cố / thử nghiệm, tôi đã có ở hai bên của bộ điều chỉnh một nắp 0,1uF, nắp 1uF và hai nắp 10uF (tổng cộng 21,1uF ở hai bên). Tôi bắt đầu thêm mũ sau khi vấn đề.

Sự sụt giảm điện áp trong một thoáng tại điểm sử dụng được cấu tạo đại khái như sau:

1. độ tự cảm của dây và nguồn trước bộ điều chỉnh. Trong trường hợp một hệ thống điển hình sử dụng cáp cấp nguồn dài và mỏng, điều này thường rất có ý nghĩa vì độ tự cảm của cáp cao.

2. độ tự cảm của dây / PCB theo sau bộ điều chỉnh. Điều này thường ngắn nếu việc sử dụng ở gần bộ điều chỉnh nhưng có thể là đáng kể nếu hệ thống sử dụng PCB lớn hoặc có lẽ nhiều PCB kết nối hơn.

3. thời gian đáp ứng của cơ quan quản lý. Có hai sự kiện chính mà bộ điều chỉnh cần đáp ứng: biến đổi điện áp đầu vào, biến thể tải đầu ra. Các tham số này có thể được tìm thấy trong biểu dữ liệu của nó.

Trong một thoáng qua ở đầu ra của bộ điều chỉnh, điều sau đây xảy ra:

1. điện áp trong tụ đầu ra giảm
2. vòng điều khiển của bộ điều chỉnh cảm nhận độ lệch điện áp và cố gắng tiến hành nhiều hơn. Điều này làm mất thời gian (thời gian đáp ứng quy định tải trong biểu dữ liệu) và trong thời gian này, điện áp giảm nhiều hơn.
3. bộ điều chỉnh dẫn nhiều hơn và kéo thêm dòng điện từ tụ điện đầu vào.
4. chênh lệch điện áp giữa nắp và điện áp cung cấp trước cáp làm cho dòng điện bắt đầu chảy qua cáp làm đầy tụ điện đầu vào. Điều này cần có thời gian vì (nói đại khái) độ tự cảm giới hạn dòng điện có thể bắt đầu chảy nhanh như thế nào .

Nếu tụ điện đầu vào không thể giữ đủ điện tích cho đến khi nó được lấp đầy bởi nguồn, điện áp giảm xuống dưới điện áp đầu vào tối thiểu cho phép của bộ điều chỉnh. Bộ điều chỉnh không thể làm bất cứ điều gì: điện áp đầu ra vẫn dưới mức danh nghĩa cho đến khi đầu vào đạt đến mức tối thiểu.

Việc buộc bộ điều chỉnh ra khỏi vùng vận hành được thiết kế có thể có những nhược điểm nghiêm trọng khác. Nếu điều khiển vòng kín ban đầu mở, thiết bị pass có thể bão hòa. Cũng có thể điện áp đầu vào không đủ để cung cấp năng lượng đáng tin cậy cho mạch bên trong và thiết bị có thể tắt do chức năng khóa không điện áp hoặc chỉ không hoạt động đúng. Thời gian phục hồi từ các tình huống này có thể lâu hơn nhiều so với đáp ứng tải thông thường khi có đủ điện áp đầu vào. Bạn nên tránh điều này xảy ra.

Điều này có thể xảy ra ngay cả khi tụ điện đầu ra lớn. Điện áp trên nó sẽ giảm, và bộ điều chỉnh cảm nhận và cố gắng giữ điện áp đầu ra và lấp đầy nó trở lại. Nếu nắp quá lớn, bộ điều chỉnh sẽ kéo dòng điện cao từ phía đầu vào. Vấn đề đầu tiên là nó xuất phát từ tụ điện đầu vào nên ngay cả khi bạn có một nắp lớn ở đầu ra, tình huống trên có thể xảy ra. Vấn đề thứ hai là có thể dòng điện có thể đủ cao để kích hoạt bảo vệ quá dòng, bản thân nó làm chậm phản ứng cộng với việc phục hồi từ quá dòng có thể chậm hơn thời gian điều tiết tải. Bạn nên giữ bộ điều chỉnh trong điều kiện hoạt động bình thường để đạt được hiệu suất tốt nhất.

Các tụ điện đầu ra nên càng nhỏ càng tốt, vừa đủ để thu hẹp thời gian khi bộ điều chỉnh đáp ứng và bù cho tải tăng. Nói một cách đơn giản, nếu bạn tăng giới hạn đầu ra, bạn chỉ cần làm cứng công việc của bộ điều chỉnh.

Cách tiếp cận trong thế giới thực tốt nhất là bắt đầu với một nắp đủ lớn ở phía đầu vào và một nắp nhỏ ở phía đầu ra. Đọc bảng dữ liệu cho các khuyến nghị. Kiểm tra thoáng qua ở phía đầu ra bằng máy hiện sóng. Nếu nó không thỏa đáng, hãy thử tăng giới hạn đầu ra hoặc thay thế nó bằng một cái có độ tự cảm dòng thấp hơn. Sau đó kiểm tra thoáng qua ở đầu vào và cố gắng giảm nắp đầu vào. Giữ một số lề an toàn ở cả hai bên.

BIÊN TẬP:

Trở kháng của rãnh dây / PCB sau bộ điều chỉnh ...

... Có tác dụng tương tự được đề cập trước đây: trong quá độ hoặc trong trường hợp tải liên tục nhưng tần số cao, tại điểm sử dụng sẽ có notch điện áp (hoặc giảm liên tục). Nếu bạn so sánh tín hiệu với máy hiện sóng ở đầu ra của bộ điều chỉnh và tại điểm sử dụng, bạn sẽ thấy rằng tại bộ điều chỉnh sẽ có nhiễu nhỏ hơn nhiều.

Độ tự cảm của dây / rãnh kết hợp với tụ điện ở đầu ra của bộ điều chỉnh là bộ lọc thông thấp LC, làm giảm hiệu quả các thành phần HF.

Điều này là tốt , bởi vì tải ồn không làm biến dạng điện áp của bộ điều chỉnh (quá nhiều). Bạn có thể cung cấp MCU hoặc các mạch (tương tự) khác độc lập với bộ điều chỉnh trong cấu trúc liên kết sao. Điều này sẽ có hiệu quả giảm nhiễu. Nếu độ tự cảm của bản nhạc không đủ cao, bạn có thể cố tình đưa cuộn cảm vào dòng. Điều này có thể được nhìn thấy thường xuyên trong các thiết bị tương tự như của bạn: tải thoáng qua công suất cao kết hợp với điều khiển analog / kỹ thuật số nhạy cảm.

Trở kháng cung cấp cao cũng rất tệ , bởi vì bạn muốn cung cấp trơn tru trên mỗi tải, nhưng điều này có thể được khắc phục bằng cách thêm các tụ điện (ESR thấp) vào mọi điểm sử dụng. Nếu bạn kiểm tra một bo mạch chủ PC chẳng hạn, bạn sẽ thấy hàng trăm nắp gốm ở khắp mọi nơi vì lý do đó.

Với một tụ điện ở đầu ra, nếu điện áp đầu vào giảm xuống dưới mức cần thiết để đạt được quy định đầu ra, sẽ có sự sụt giảm trong nguồn cung cấp và tụ điện đầu ra sẽ giảm xuống.

Với một tụ điện ở đầu vào, bộ điều chỉnh sẽ luôn có dự trữ điện áp, và nếu nó giữ trên mức điện áp đầu vào tối thiểu, quy định đầu ra có thể được duy trì ngay cả khi không có tụ điện (với trở kháng tần số cao hơn có phần bị tổn hại).

Với AC được hiệu chỉnh, hiệu ứng này sẽ rất rõ ràng. Với nguồn cung cấp 5 V của bạn, nó dường như hướng đến khả năng hiện tại ít hơn so với cảm biến của bạn cần.

Hãy thử và xem xét các dạng sóng gợn cung cấp với một phạm vi. Xem xét việc có các cơ quan quản lý chuyên dụng nếu ngân sách và thông số kỹ thuật có thể biện minh cho nó. Điều này sẽ ngăn cảm biến ảnh hưởng đến các bộ phận khác.

Vì dQ = C * dV.

Trừ khi bạn chạy bộ điều chỉnh đúng giới hạn của nó, bạn có thể chịu được một dV lớn hơn trên tụ điện đầu vào, cho phép một C. nhỏ hơn

Tiền đề cơ bản của câu hỏi là không hợp lệ và không được áp dụng phổ biến. Chắc chắn các cơ quan quản lý (thuộc bất kỳ loại nào) cần phải có nguồn năng lượng thô (được lọc) hợp lý để làm việc. Rất ít nếu có bất kỳ hoạt động nào trên xung DC được tạo ra từ giai đoạn chỉnh lưu và nguồn AC điển hình. Đây là nơi chúng ta thường thấy các tụ lọc "số lượng lớn".

TUY NHIÊN, có một số trường hợp cần điện dung lớn để giữ xe buýt cung cấp điện khi có tải lớn, không liên tục, chẳng hạn như một ví dụ trong câu hỏi.

Vấn đề không phải là "hiệu quả hơn trước hay sau". Đó là hai trường hợp riêng biệt và độc lập và không thể được kết hợp một cách hợp lý như trong câu hỏi như đã hỏi.

Một tụ điện ở phía đầu ra của bộ điều chỉnh thậm chí sẽ không bắt đầu cố gắng làm bất cứ điều gì hữu ích trừ khi hoặc cho đến khi điện áp đầu ra thay đổi. Một tụ điện ở phía đầu vào sẽ bắt đầu cung cấp dòng điện khi điện áp đầu vào giảm. Một bộ điều chỉnh điển hình sẽ cố gắng giảm thiểu mức độ thay đổi điện áp đầu vào ảnh hưởng đến đầu ra, do đó việc giảm điện áp đầu vào cần thiết để làm cho tụ điện phía đầu vào bắt đầu cung cấp năng lượng thường sẽ không gây ra bất kỳ thay đổi điện áp đầu ra đáng kể nào.

Trong một số trường hợp, bộ điều chỉnh có thể không thể phản ứng ngay lập tức với nhu cầu hiện tại đột ngột và trong trường hợp đó, tụ điện đầu ra có thể hữu ích (nếu không bắt buộc) để cung cấp một số dòng điện cho đầu ra trong thời gian bộ điều chỉnh phản ứng để tăng tải. Giới hạn đầu ra sẽ không thể cung cấp dòng điện rất hiệu quả mà không có điện áp đầu ra giảm đáng kể, nhưng nó có thể cung cấp đủ để cung cấp cho bộ điều chỉnh thời gian để phản ứng với nhu cầu tăng.