Tengo 5 V provenientes de un banco de energía USB a un regulador de voltaje LDO que lo reduce a 3,3 V. En la línea de 3,3 V tengo varios circuitos integrados y sensores IR . Uno de los sensores IR consume bastante corriente en ráfagas cortas (tengo un límite de 10 µF).
Cada vez que se enciende ese sensor IR que consume mucha energía, hace que otras partes de mi circuito se comporten de manera extraña durante una fracción de segundo. Pensé que agregar un capacitor grande al riel de 3.3 V ayudaría a eliminar eso, lo cual sucedió. Pero también noté que en su lugar podía agregar un capacitor significativamente más pequeño en el lado de 5 V, y eso también resolvió el problema.
¿Por qué el capacitor es más efectivo en el lado de entrada del regulador que en el de salida? Pensé que la carga estaría "más fácilmente disponible" para el sistema si estuviera en el lado de salida/3.3 V, donde está el sensor.
(Solo juego con la electrónica y no tengo conocimiento formal más allá de la física básica E&M).
*Editar: antes del problema/experimentación, ya tenía a ambos lados del regulador un límite de 0,1 uF, un límite de 1 uF y dos límites de 10 uF (un total de 21,1 uF en cada lado). Empecé a agregar tapas adicionales después del problema.
inductancia del cable y la fuente antes del regulador. En el caso de un sistema típico que utiliza un cable de alimentación largo y delgado, esto suele ser importante porque la inductancia del cable es alta.
inductancia de la pista de alambre/PCB después del regulador. Esto suele ser corto si la utilización está cerca del regulador, pero puede ser significativo si el sistema usa una placa de circuito impreso grande o quizás más placas de circuito impreso interconectadas.
tiempo de respuesta del regulador. Hay dos eventos principales a los que el regulador debe responder: variaciones de voltaje de entrada, variaciones de carga de salida. Estos parámetros se pueden encontrar en su hoja de datos.
Si el capacitor de entrada no puede retener suficiente carga hasta que la fuente lo rellene, el voltaje cae por debajo del voltaje de entrada mínimo permitido por el regulador. El regulador no puede hacer nada: la tensión de salida permanece por debajo del nivel nominal hasta que la entrada alcanza el nivel mínimo.
Forzar al regulador fuera de su región operativa diseñada puede tener otros inconvenientes serios. Si se abre el control de lazo originalmente cerrado, el dispositivo de paso puede saturarse. También es posible que el voltaje de entrada no sea suficiente para alimentar de manera confiable los circuitos internos y que el dispositivo se apague debido a la función de bloqueo por bajo voltaje o simplemente no funcione correctamente. El tiempo de recuperación de estas situaciones puede ser mucho más largo que la respuesta de carga típica cuando hay suficiente voltaje de entrada. Debes evitar que esto suceda.
Esto puede ocurrir incluso si el capacitor de salida es grande. El voltaje a través de él caerá, y el regulador detecta e intenta mantener el voltaje de salida y volver a llenarlo. Si la tapa es demasiado grande, el regulador extraerá corriente alta del lado de entrada. El primer problema es que proviene del capacitor de entrada, por lo que incluso si tiene un límite grande en la salida, puede ocurrir la situación anterior. El segundo problema es que es posible que la corriente sea lo suficientemente alta como para activar la protección contra sobrecorriente, lo que en sí mismo ralentiza la respuesta, además la recuperación de la sobrecorriente puede ser más lenta que el tiempo de regulación de la carga. Debe mantener el regulador en condiciones normales de funcionamiento para lograr el mejor rendimiento.
El condensador de salida debe ser lo más pequeño posible, lo suficiente para salvar el tiempo en que el regulador responde y compensa el aumento de carga. En términos generales, si aumenta el límite de salida, solo endurecerá el trabajo del regulador.
El mejor enfoque del mundo real es comenzar con un límite suficientemente grande en el lado de entrada y uno pequeño en el lado de salida. Lea la hoja de datos para recomendaciones. Compruebe el transitorio en el lado de salida con un osciloscopio. Si no es satisfactorio, intente aumentar el límite de salida o reemplácelo con uno que tenga una inductancia en serie más baja. Luego examine el transitorio en la entrada e intente reducir el límite de entrada. Mantenga un margen de seguridad en ambos lados.
EDITAR:
...tiene el mismo efecto mencionado anteriormente: durante transitorios o también en caso de carga continua pero de alta frecuencia, en el punto de utilización habrá muesca de tensión (o caída continua). Si compara la señal con un osciloscopio en la salida del regulador y en el punto de utilización, verá que en el regulador habrá mucho menos ruido.
La inductancia del cable/pista combinada con el capacitor en la salida del regulador es un filtro de paso bajo LC que amortigua de manera efectiva los componentes de HF.
Esto es bueno , porque la carga ruidosa no distorsiona el voltaje del regulador (demasiado). Puede alimentar la MCU u otros circuitos (analógicos) de forma independiente desde el regulador en una topología en estrella. Esto reducirá efectivamente la interferencia. Si la inductancia de la pista no es lo suficientemente alta, puede incluir deliberadamente inductores en la línea. Esto se puede ver a menudo en equipos similares al suyo: cargas transitorias de alta potencia combinadas con control analógico/digital sensible.
La alta impedancia de suministro también es mala , porque desea un suministro uniforme en cada carga, pero esto se puede solucionar agregando condensadores (ESR bajo) a cada punto de utilización. Si examina la placa base de una PC, por ejemplo, verá cientos de tapas de cerámica en todas partes por esa misma razón.
Con un capacitor en la salida, si el voltaje de entrada cae por debajo de lo que se requiere para lograr la regulación de salida, habrá una caída en el suministro y el capacitor de salida caerá.
Con un capacitor en la entrada, el regulador siempre tendrá una reserva de voltaje, y si se mantiene por encima del voltaje de entrada mínimo, la regulación de salida se puede mantener incluso sin capacitor (con una impedancia de frecuencia más alta algo comprometida).
Con CA rectificada este efecto sería muy evidente. Con su suministro de 5 V, parece apuntar hacia una capacidad de corriente bastante menor de la que necesitan sus sensores.
Pruebe y eche un vistazo a las formas de onda de ondulación del suministro con un osciloscopio. Considere tener reguladores dedicados si el presupuesto y las especificaciones lo justifican. Esto evitará que un sensor afecte a las otras partes.
Porque dQ = C*dV.
A menos que esté ejecutando el regulador justo en sus límites, puede tolerar un dV más grande en el capacitor de entrada, lo que permite una C más pequeña.
La premisa básica de la pregunta es inválida y no aplicable universalmente. Ciertamente, los reguladores (de cualquier variedad) necesitan tener energía bruta razonablemente suave (filtrada) para trabajar. Pocos, si es que alguno, funcionarán con la compensación de CC pulsada de una fuente de CA típica y una etapa rectificadora. Aquí es donde normalmente vemos los grandes condensadores de filtro "a granel".
SIN EMBARGO, hay algunos casos en los que se requiere una gran capacitancia para sostener el bus de la fuente de alimentación en presencia de grandes cargas intermitentes, como la que se proporciona como ejemplo en la pregunta.
No se trata de "más efectivo antes o después". Esos son dos casos separados e independientes y no pueden combinarse lógicamente como en la pregunta formulada.
Un capacitor en el lado de salida de un regulador ni siquiera comenzará a intentar hacer algo útil a menos que o hasta que cambie el voltaje de salida. Un capacitor en el lado de entrada comenzará a suministrar corriente cuando caiga el voltaje de entrada. Un regulador típico intentará minimizar la medida en que los cambios en el voltaje de entrada afectan la salida, por lo que la caída del voltaje de entrada necesaria para que el condensador del lado de entrada comience a suministrar energía normalmente no causará ningún cambio significativo en el voltaje de salida.
En algunos casos, es posible que un regulador no pueda reaccionar instantáneamente a una demanda repentina de corriente y, en tales casos, un condensador de salida puede ser útil (si no es necesario) para suministrar algo de corriente a la salida durante el tiempo que tarda el regulador en reaccionar. a un aumento de la carga. El límite de salida no podrá alimentar corriente de manera muy efectiva sin que el voltaje de salida caiga notablemente, pero puede alimentar lo suficiente como para darle al regulador tiempo para reaccionar ante el aumento de la demanda.
dan laks
Andy alias