전압 조정기 이전의 커패시터가 왜 이후보다 더 효과적입니까?

USB 전원 뱅크에서 LDO 전압 레귤레이터로 5V를 공급하여 3.3V로 떨어 뜨립니다. 3.3V 라인에는 여러 개의 IC 및 IR 센서가 있습니다. IR 센서 중 하나가 짧은 버스트에서 상당한 양의 전류를 소비합니다 (전체에 10 µF 캡이 있습니다).

전력이 부족한 IR 센서가 켜질 때마다 회로의 다른 부분이 잠시 동안 이상하게 작동합니다. 3.3V 레일에 큰 커패시터를 추가하면이를 제거하는 데 도움이 될 것이라고 생각했습니다. 그러나 5V 쪽에서 훨씬 더 작은 커패시터를 대신 추가 할 수 있다는 점도 알았으며 문제도 해결되었습니다.

커패시터가 출력이 아닌 레귤레이터의 입력 측에서 더 효과적인 이유는 무엇입니까? 필자는 센서가있는 출력 /3.3V 측에있을 경우 시스템에 충전이 더 쉽게 제공 될 것이라고 생각했다.

(저는 전자 공학에 관심을 갖고 있으며 기본 물리학 E & M을 넘어 공식적인 지식이 없습니다.)

* 편집 : 문제 / 실험 전에 이미 레귤레이터의 양쪽에 0.1uF 캡, 1uF 캡 및 2 개의 10uF 캡 (양쪽에 총 21.1uF)이있었습니다. 문제가 발생한 후 캡을 추가하기 시작했습니다.

활용 지점에서 과도 상태 동안의 전압 강하는 대략 다음과 같이 구성됩니다.

1. 레귤레이터 이전의 와이어 및 소스의 인덕턴스. 길고 얇은 전원 공급 케이블을 사용하는 일반적인 시스템의 경우 케이블의 인덕턴스가 높기 때문에 일반적으로 중요합니다.

2. 레귤레이터 이후 와이어 / PCB 트랙의 인덕턴스. 사용률이 레귤레이터 근처에있는 경우 일반적으로 짧지 만 시스템이 큰 PCB 또는 더 많은 상호 연결된 PCB를 사용하는 경우 중요 할 수 있습니다.

3. 조정기의 응답 시간. 레귤레이터가 응답해야하는 두 가지 주요 이벤트가 있습니다 : 입력 전압 변동, 출력 부하 변동. 이 매개 변수는 데이터 시트에서 찾을 수 있습니다.

레귤레이터 출력에서 ​​과도 상태 동안 다음이 발생합니다.

1. 출력 커패시터의 전압 강하
2. 레귤레이터의 제어 루프는 전압 편차를 감지하고 더 많은 전도를 시도합니다. 이 작업에는 시간이 걸리며 (데이터 시트의 부하 조정 응답 시간)이 동안 전압이 더 떨어집니다.
3. 레귤레이터는 입력 커패시터에서 더 많은 전류를 전도하고 더 많은 전류를 끌어옵니다.
4. 케이블이 케이블을 통해 전류가 흐르기 시작하기 전에 캡과 공급 전압 사이의 전압 차이로 인해 입력 커패시터가 다시 채워집니다. 인덕턴스는 전류가 흐르는 속도를 제한하기 때문에 시간이 걸린다 .

입력 커패시터가 소스에 의해 다시 채워질 때까지 입력 커패시터가 충분히 충전되지 않으면 전압이 레귤레이터의 최소 허용 입력 전압 아래로 떨어집니다. 조정기는 아무것도 할 수 없습니다. 출력 전압이 입력이 최소 레벨에 도달 할 때까지 공칭 레벨 아래로 유지됩니다.

설계된 작동 영역에서 레귤레이터를 강제로 제거하면 다른 심각한 단점이있을 수 있습니다. 원래 닫힌 루프 제어가 열리면 통과 장치가 포화 될 수 있습니다. 입력 전압이 내부 회로에 안정적으로 전력을 공급하기에 충분하지 않아 저전압 차단 기능으로 인해 장치가 종료되거나 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 이러한 상황에서 복구 시간은 충분한 입력 전압이있을 때 일반적인 부하 응답보다 훨씬 길 수 있습니다. 이런 일을 피해야합니다.

출력 커패시터가 큰 경우에도 발생할 수 있습니다. 전압이 흐르면 ​​레귤레이터가 감지하여 출력 전압을 유지하고 다시 채 웁니다. 캡이 너무 크면 레귤레이터는 입력측에서 높은 전류를 끌어옵니다. 첫 번째 문제는 입력 커패시터에서 발생하므로 출력에 큰 캡이 있어도 위 상황이 발생할 수 있다는 것입니다. 두 번째 문제는 과전류 보호를 트리거하기에 전류가 충분히 높아 응답 자체가 느려지고 과전류로부터의 복구가 부하 조절 시간보다 느려질 수 있다는 것입니다. 최상의 성능을 얻으려면 레귤레이터를 정상 작동 조건에서 유지해야합니다.

출력 커패시터는 레귤레이터가 응답하고 증가 된 부하를 보상하는 시간을 연결하기에 충분할 정도로 작아야합니다. 대략적으로 말하면, 출력 캡을 늘리면 조절기의 작업을 강화하기 만하면됩니다.

가장 실제적인 접근 방식은 입력 쪽이 충분히 큰 캡으로 시작하고 출력 쪽이 작은 캡으로 시작하는 것입니다. 권장 사항에 대해서는 데이터 시트를 읽으십시오. 오실로스코프로 출력 측의 과도 상태를 확인하십시오. 만족스럽지 않으면 출력 캡을 늘리거나 직렬 인덕턴스가 낮은 것으로 교체하십시오. 그런 다음 입력에서 과도를 검사하고 입력 캡을 줄이십시오. 양쪽에 안전 마진을 유지하십시오.

편집하다:

레귤레이터 뒤의 와이어 / PCB 트랙의 임피던스

... 과도한 효과가 있습니다. 과도 상태 또는 연속적이지만 고주파수 부하의 경우 활용 지점에 전압 노치 (또는 연속 강하)가 발생합니다. 레귤레이터 출력과 활용 지점에서 신호를 오실로스코프와 비교하면 레귤레이터에서 노이즈가 훨씬 더 작다는 것을 알 수 있습니다.

레귤레이터의 출력에서 ​​커패시터와 결합 된 와이어 / 트랙의 인덕턴스는 LC 저역 통과 필터로, HF 구성 요소를 효과적으로 감쇠시킵니다.

시끄러운 부하로 인해 레귤레이터의 전압이 너무 많이 왜곡되지 않기 때문에 이것은 좋습니다 . 스타 토폴로지에서 레귤레이터와 독립적으로 MCU 또는 기타 (아날로그) 회로를 제공 할 수 있습니다. 이것은 효과적으로 간섭을 줄입니다. 트랙의 인덕턴스가 충분히 높지 않은 경우 의도적으로 라인에 인덕터를 포함시킬 수 있습니다. 이는 민감한 아날로그 / 디지털 제어와 결합 된 고전력 과도 부하와 유사한 장비에서 자주 볼 수 있습니다.

모든 부하에서 원활한 전원 공급을 원하기 때문에 높은 전원 임피던스도 나쁘지만 모든 활용 지점에 (ESR이 낮은) 커패시터를 추가하여이를 해결할 수 있습니다. 예를 들어 PC 마더 보드를 살펴보면 바로 그 이유로 수백 개의 세라믹 캡이 나타납니다.

출력에 커패시터가있는 경우 입력 전압이 출력 레귤레이션을 달성하는 데 필요한 수준 이하로 떨어지면 전원이 끊기고 출력 커패시터가 늘어납니다.

입력에 커패시터를 사용하면 레귤레이터는 항상 전압 예약을 유지하며, 최소 입력 전압을 유지하는 경우 커패시터 없이도 (높은 주파수 임피던스로 다소 손상됨) 출력 레귤레이션을 유지할 수 있습니다.

정류 된 AC로이 효과는 매우 분명합니다. 5V 전원 공급 장치를 사용하면 센서에 필요한 것보다 전류 용량이 적습니다.

스코프가있는 공급 리플 파형을 살펴보십시오. 예산과 사양이 정당화 될 수있는 경우 전용 규제 기관을 갖는 것을 고려하십시오. 이렇게하면 센서가 다른 부품에 영향을 미치지 않습니다.

dQ = C * dV이기 때문에.

레귤레이터를 한계에서 바로 실행하지 않는 한 입력 커패시터에서 더 큰 dV를 허용하여 더 작은 C를 허용 할 수 있습니다.

질문의 기본 전제는 유효하지 않으며 보편적으로 적용 할 수 없습니다. 확실히 (다양한 종류의) 조정기는 작업을 위해 합리적으로 매끄럽고 (필터링 된) 원시 전력을 가져야합니다. 일반적인 AC 소스 및 정류기 단계에서 나오는 펄스 DC에서 작동하는 것이 거의 없습니다. 여기에서 일반적으로 큰 "대량"필터 커패시터가 나타납니다.

그러나 문제의 예로 제시된 것과 같이 크고 간헐적 인 부하가있는 경우 전원 공급 장치 버스를 유지하기 위해 큰 정전 용량이 필요한 경우가 있습니다.

"전후에 더 효과적"이라는 문제는 아닙니다. 이들은 두 개의 개별적이고 독립적 인 경우이며 질문에 따라 논리적으로 결합 할 수 없습니다.

레귤레이터 출력 측의 커패시터는 출력 전압이 변하지 않는 한 또는 출력 전압이 변할 때까지 유용한 어떤 것도 시도하지 않습니다. 입력 측의 커패시터는 입력 전압이 떨어지면 전류 공급을 시작합니다. 일반적인 레귤레이터는 입력 전압의 변화가 출력에 영향을 미치는 정도를 최소화하려고 시도하므로 입력 측 커패시터가 에너지를 공급하기 시작하는 데 필요한 입력 전압 강하로 인해 출력 전압이 크게 변하지 않습니다.

어떤 경우에는 레귤레이터가 갑작스러운 전류 요구에 즉각적으로 반응하지 못할 수 있으며,이 경우 레귤레이터가 반응하는 데 걸리는 시간 동안 출력 커패시터가 출력에 일부 전류를 공급하는 데 도움이 될 수 있습니다 (필요하지 않은 경우). 증가 된 부하. 출력 캡은 출력 전압이 눈에 띄게 떨어지지 않으면 전류를 매우 효과적으로 공급할 수 없지만, 증가 된 수요에 대응하기 위해 레귤레이터에 충분한 시간을 공급할 수 있습니다.