Estoy revisando mi PCB prototipo para solucionar problemas anteriores. El PCB es una unidad de captura de datos Bluetooth para niveles y flujo de líquidos. Soy un programador de software de oficio y tengo algo de formación formal en electrónica digital, el resto lo aprendo a medida que avanzo, realmente apreciaría si algunos de los aficionados aquí pudieran orientarme en la dirección correcta.
10 - 15 V CC -> Reductor/Elevador -> 12 V CC -> 5 V CC -> 3,3 V CC
Fiabilidad. Actualmente conduzco un regulador LD1117V33 de 3,3 V desde un 7805, que conduzco desde el convertidor CC/CC de 12 V. Como puede suponer, el 7805 se calienta incluso con un disipador de calor. Me encantan las tablas y me gustaría que duraran mucho tiempo en el campo caliente. Entonces, debido a la asequibilidad y la aparente simplicidad de los reguladores en comparación con los reguladores de CC/CC y las consecuencias de las ondas en cascada en mis circuitos analógicos, sin mencionar las preguntas sobre tierras compartidas y tierras aisladas, etc., quiero agregar un 7809 adicional. Entonces que tengo 12v -> 9V -> 5V -> 3.3V para compartir la carga de disipación térmica.
Mi problema es ¿cómo hago para calcular los capacitores de entrada y salida para cada uno de estos reguladores? En particular, ¿cómo abordar que el capacitor de salida de un regulador es el capacitor de entrada del siguiente regulador? El 7805 -> LD1117V33 actual parece funcionar bien con una entrada de 1uF y una salida de 100nF en ambos.
Sí, podría agregar un regulador de voltaje lineal adicional completo y condensadores para un riel de voltaje que ni siquiera necesita, solo para distribuir la disipación de energía.
¿Dices que tu problema es la confiabilidad? Entonces déjame contarte sobre el componente eléctrico más confiable jamás fabricado: la resistencia. Son el único componente que puede, aunque de forma poco fiable, seguir funcionando incluso después de incendiarse. Diablos, he visto esas robustas resistencias de potencia de piedra arenisca explotar un poco y aún funcionan, al menos hasta que explotan mucho.
Pero yo divago.
Simplemente coloque algunas resistencias entre el convertidor reductor-elevador de 12 V y su 7805. Puede conectar varias en paralelo si desea distribuir realmente la disipación y tener mucho espacio libre. Esta será la solución más confiable, simple y económica.
Y, como beneficio adicional, es casi seguro que obtendrá una mejor reducción de la ondulación que la conexión en cascada de 780x adicionales (7809 en su caso).
Los reguladores de la serie 780x son bastante lentos. Tienen ~60-70dBV de rechazo de ondulación, pero solo si esa ondulación es de 120 Hz. No sé a qué frecuencia está operando su convertidor de CC/CC, pero es casi seguro que es de 100 kHz o más, y tendrá armónicos de conmutación en MHz. Esos dispararán a través de un regulador lineal lento como el 7809 como una bala dispara por el aire.
Ok, no es tan malo, pero me sorprendería si obtuvieras más de 40dBV de rechazo a 100kHz, y si tu convertidor buck-boost es más rápido, podría ser de 20dBV o incluso peor.
Pero, ¿sabes lo que obtienes si tienes una resistencia en serie con un capacitor? ¡Un filtro de paso bajo! ¡HURRA! Y si colocó una resistencia de caída de voltaje antes de su LM7805, muy convenientemente tiene ese capacitor: el capacitor de entrada para el regulador lineal. Claro, el 7805 necesita una buena entrada de baja impedancia, pero para eso está el capacitor. Y dado que conoce su corriente de carga máxima, es un asunto trivial dimensionar su resistencia de caída de voltaje. Realmente es solo una cuestión de cuánto calor desea disipar en la (s) resistencia (s) en comparación con el regulador lineal. Lo bueno de, digamos, las resistencias de 1 W es que no les importa calentarse y descargarán ese calor solo con la convección natural, por lo que recomendaría favorecer las resistencias cuando se trata de perder vatios.
Voy a hacer un ejemplo rápido y sucio. Con una corriente de carga de 500 mA, reduzcamos el voltaje exactamente a lo que obtendría con un 7809. Para hacer eso, necesitamos una resistencia de 6 Ω. Si quiere estar realmente seguro, tal vez use 3 resistencias de 18Ω 1W en paralelo, entonces cada una solo tendrá que disipar 500mW. Bajarán el voltaje a 9 V incluso antes de que llegue al 7805. Si coloca una cerámica gorda y agradable directamente en la entrada del 7805, quizás una de 47 µF o incluso una elegante de 100 µF, en todo su esplendor del tamaño de 0805, obtendrá resuelva su problema de una manera muy confiable, Y tenga un filtro de paso bajo robusto que le brindará un mejor rechazo de ondulación que un regulador lineal adicional, especialmente en frecuencias más altas.
Y si realmente desea limpiar aún más el voltaje, agregue una perla de ferrita en serie entre las resistencias y el capacitor de entrada. Las perlas de ferrita son pequeñas criaturas maravillosas. A diferencia de los inductores, que pueden reducir la ondulación pero también irradiar parte de esa energía como EMI y casi con seguridad empeorar la situación, las perlas de ferrita toman la ondulación de alta frecuencia y la disipan como calor debido a las pérdidas del núcleo. Se los considera mejor como resistencias dependientes de la frecuencia que solo tienen resistencia por encima de ciertas frecuencias. Te ayudarán mucho cuando se trata de limpiar las secciones analógicas de los circuitos. ¡Ahora es el mejor momento para comenzar a usarlos!
Si todavía tiene el corazón puesto en agregar un 7809, aún puede resolver su problema de esta manera. Agregue una resistencia en serie más pequeña entre la salida del 7809 y la entrada del 7805. Esto disipará un poco de energía y extenderá más las cosas, y desacoplará el capacitor de salida del 7809 del capacitor de entrada del 7805. Simplemente use los valores que usaría si los reguladores se usaran solos. El capacitor de entrada es lo que proporciona la potencia de baja impedancia al regulador de voltaje, por lo que está perfectamente bien tener cierta resistencia en serie con la entrada, siempre que sea antes del capacitor de entrada. Nunca lo coloque entre el condensador de entrada y la entrada real de los reguladores, obviamente.
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