El regulador de voltaje se comporta mal bajo ciertas condiciones

Bueno chicos, esto me tiene desconcertado. Tome estos dos circuitos:

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Cosas típicas; La entrada de energía va al riel +, GND al riel -. Esta es una fuente de alimentación de 19 V que entra. Pasa por el regulador de voltaje (clasificado para hasta 35 V, 1 A), el pin de salida pasa por la carga y vuelve a tierra.

Ahora, en el circuito de la izquierda, tomar un multímetro y medir el voltaje entre el riel positivo y el riel negativo (voltaje total) da 19V. La medición de A a B (pin de salida del regulador de voltaje al terminal negativo) da 5V.

Ahora reemplace esa resistencia con una carga diferente: la Raspberry Pi. Está cableado correctamente (es decir, convertido a USB correctamente, se supone que funciona con 5V).

En el circuito de la derecha, medir el voltaje entre el riel positivo y el riel negativo da 19V. Midiendo de A a B, desde el pin de salida hasta el final, da 2.5V.

Simplemente lo hace. La Raspberry Pi ni siquiera enciende. Retírelo y vuelva a colocar una resistencia, mida 5V en el pin de salida.

¿Es este un regulador disfuncional? ¿O no estoy entendiendo algo?

P = (Vin - Vout) * Iload = (19 - 5) * 0,5 = 7W (al menos, suponiendo que el Pi extrae 2,5W)

Respuestas (2)

Primera observación : los condensadores de desacoplamiento deben conectarse en las patas de entrada y salida del regulador, lo más cerca posible de los pines, que se conectan al riel de tierra. Sin ellos, lo más probable es que el regulador entre en oscilación en la salida.

Observe que su voltaje de salida observado es exactamente la mitad de la salida esperada, una indicación de que la salida oscila entre 5 y 0 voltios. Un voltímetro de CC no captará la oscilación, solo el voltaje promedio resultante. Una traza de osciloscopio lo mostrará.

Segunda observación : aunque el regulador tiene una capacidad nominal de 1 amperio, y la carga probablemente tiene una capacidad nominal mucho menor, esto no tiene en cuenta la sobretensión que necesita la placa Raspberry Pi en el arranque. Es muy probable que ese aumento obligue al regulador a activar la protección contra sobrecorriente, y esa sería una de las causas probables de la oscilación.

La resistencia, por otro lado, es una carga pasiva, que conducirá esencialmente una corriente constante tanto en el arranque como posteriormente. Por lo tanto, no sorprende el aumento de corriente para desestabilizar la regulación.

Agregar un capacitor de desacoplamiento adecuadamente grande en la pata de salida del regulador también ayudará a amortiguar la sobrecarga en el regulador, por lo tanto, es bastante factible que el regulador y su Pi se estabilicen. De lo contrario, es posible que deba usar un regulador de mayor capacidad para hacer frente a la sobretensión y las necesidades de corriente operativa de su arreglo.

Observación final: algunos reguladores lineales necesitan una corriente de carga mínima básica para una regulación estable. Esto se puede lograr a través de una resistencia de carga al lado (paralelo) del capacitor de desacoplamiento de salida; la resistencia a usar se calcularía para apenas extraer la corriente de carga mínima requerida. Aunque este probablemente no sea el problema en su circuito, es útil saberlo y abordarlo según la información en la hoja de datos del regulador.

Gran respuesta. El mayor consumo de energía en el RPi definitivamente será durante el inicio, cuando se inicie el sistema operativo integrado. Si está utilizando el modelo B de RPi, la corriente constante puede alcanzar los 750 mA, pero el pico será significativamente mayor. Hay una buena entrada de wiki sobre fuentes de alimentación RPi caseras, si desea echar un vistazo. La mayoría de los exitosos tienen una clasificación de hasta 1.5A o 2A.
No creo que haya un gran aumento en el inicio, ya que muchos adaptadores de teléfono que solo tienen una clasificación de 750 mA funcionan bastante bien con el Pi. Lo más probable es que tenga más que ver con que Pi actúe como una carga de potencia constante (consumiendo más corriente a un voltaje más bajo) en lugar de una carga de resistencia constante (como una resistencia).
Los adaptadores de teléfono @Madmanguruman usan regulación de modo conmutado, a menudo con limitación de corriente ciclo por ciclo en la frecuencia de conmutación. Además, habría un desacoplamiento del tramo de salida. El esquema del OP es un regulador lineal (presumiblemente) de 3 terminales, y le faltan los condensadores.
@AnindoGhosh Mira mi perfil. Sé lo que es un regulador de conmutación. La irrupción generalmente se genera por la carga del capacitor en la carga o cargas de potencia constante que consumen una corriente alta cuando el voltaje de entrada es bajo. Dudo que el Pi consuma significativamente más que su corriente máxima de estado estable, que es la definición de 'sobretensión'.
@Madmanguruman Buen perfil.
¡Gracias! Definitivamente agregaré los condensadores de acuerdo con la hoja de datos.
@Madmanguruman Finalmente logré tomar prestado un RPi y verifiqué la corriente de entrada. Llega momentáneamente a 1,21 amperios antes de establecerse en 280 mA mucho más sensibles sin nada funcionando y sin periféricos.
¿Cuánto tiempo es momentáneamente, por curiosidad? Me pregunto si es el consumo real de la CPU (> cientos de milisegundos) o si se están cargando los condensadores.
@Madmanguruman Casi definitivamente condensadores. Está bajo mi alcance la medición mínima del cursor, por lo que es inferior a 1 milisegundo.

Además de los límites de desacoplamiento mencionados en otra respuesta, tenga en cuenta que el regulador debe disiparse:

PAG = tu × yo = ( 19 V − 5 V ) × 0.75 A = 18 W

Un TO-220 7805 estándar sin un gran disipador de calor entrará en apagado térmico.

Debería consultar la hoja de datos para un máx. disipación de energía, pero tengo que correr.
Sí. El cartel no quiere estar ejecutando una fracción sustancial de un amplificador a 5v bajando de 19v con un regulador lineal . Este es un trabajo para un regulador de conmutación.
Creo que este era el problema. Intentar esto con un suministro de 9V en lugar de 19V no produce el problema. Muchas gracias por tu información; Investigué un poco sobre los reguladores de conmutación y ahora veo por qué son útiles para esta situación.
El regulador de voltaje se comporta mal bajo ciertas condiciones
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