एक वोल्टेज नियामक से पहले संधारित्र अधिक प्रभावी क्यों होता है?


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मेरे पास USB पावर बैंक से LDO वोल्टेज रेगुलेटर में 5 V आ रहा है जो इसे 3.3 V तक गिरा देता है। 3.3 V लाइन पर मेरे पास कई IC और IR सेंसर हैं। आईआर सेंसर में से एक शॉर्ट बर्स्ट में काफी चालू है (मेरे पास 10 µF कैप है)।

जब भी वह पावर भूखा आईआर सेंसर चालू होता है, तो यह मेरे सर्किट के कुछ अन्य हिस्सों को विभाजित सेकंड के लिए अजीब तरह से व्यवहार करने का कारण बनता है। मुझे लगा कि 3.3 V रेल में एक बड़े संधारित्र को जोड़ने से उसको खत्म करने में मदद मिलेगी, जो उसने किया। लेकिन मैंने यह भी देखा कि मैं 5 V साइड पर एक छोटे संधारित्र को जोड़ सकता हूं, और इससे समस्या हल हो गई।

ऐसा क्यों है कि संधारित्र आउटपुट के बजाय नियामक के इनपुट पक्ष पर अधिक प्रभावी है? मुझे लगा कि यदि सिस्टम आउटपुट / 3.3 V साइड पर है, जहां सेंसर है, तो यह चार्ज "अधिक आसानी से उपलब्ध" होगा।

(मैं सिर्फ इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ टिंकर करता हूं और बुनियादी भौतिकी ई एंड एम से परे कोई औपचारिक ज्ञान नहीं है।)

* संपादित करें: समस्या / प्रयोग से पहले मेरे पास नियामक के दोनों तरफ 0.1uF कैप, 1uF कैप और दो 10uF कैप (दोनों तरफ कुल 21.1uF) थे। मैंने समस्या के बाद अतिरिक्त कैप जोड़ना शुरू कर दिया।


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अपने प्रयोग से पहले, क्या आपके पास LDO के इनपुट और आउटपुट पर कोई कैप था?
दान लाख

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अधिकांश (यदि 99.9% नियामकों की नहीं) दोनों की जरूरत है, जब आप एक या दोनों फिट नहीं थे, तो आप डेटा शीट में सिफारिशों का पालन नहीं करने की तुलना में अधिक थे। जब आप दोनों फिट नहीं होते हैं तो आप परेशानी के लिए पूछ रहे हैं।
एंडी उर्फ

जवाबों:


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उपयोग बिंदु पर एक क्षणिक के दौरान वोल्टेज ड्रॉप मोटे तौर पर निम्नलिखित से बना है:

  1. नियामक से पहले तार और स्रोत की प्रेरण। एक विशिष्ट प्रणाली के मामले में जो लंबे और पतले विद्युत आपूर्ति केबल का उपयोग करता है यह आमतौर पर महत्वपूर्ण होता है क्योंकि केबल का अधिष्ठापन अधिक होता है।

  2. नियामक के बाद वायर / पीसीबी ट्रैक को शामिल करना। यह आमतौर पर कम होता है यदि उपयोग नियामक के पास होता है लेकिन यह महत्वपूर्ण हो सकता है यदि सिस्टम एक बड़े पीसीबी या शायद अधिक इंटरकनेक्शन पीसीबी का उपयोग करता है।

  3. नियामक का प्रतिक्रिया समय। दो प्रमुख घटनाएं हैं जो नियामक को जवाब देना चाहिए: इनपुट वोल्टेज विविधताएं, आउटपुट लोड विविधताएं। इन मापदंडों को इसकी डेटशीट में पाया जा सकता है।

नियामक के उत्पादन में एक क्षणिक के दौरान, निम्नलिखित होता है:

  1. आउटपुट कैपेसिटर में वोल्टेज गिरता है
  2. नियामक का नियंत्रण लूप वोल्टेज विचलन को नियंत्रित करता है और अधिक आचरण करने की कोशिश करता है। यह समय (डेटशीट में लोड विनियमन प्रतिक्रिया समय) लेता है, और इस दौरान, वोल्टेज अधिक गिरता है।
  3. नियामक अधिक संचरित करता है और इनपुट संधारित्र से अधिक धारा खींचता है।
  4. केबल के पहले कैप और आपूर्ति वोल्टेज के बीच वोल्टेज का अंतर वर्तमान का कारण बनता है जो इनपुट संधारित्र को वापस भरने वाले केबल के माध्यम से बहने लगता है। इसमें समय लगता है क्योंकि (मोटे तौर पर) इंडक्शन की सीमा कितनी तेज़ होती है जिससे करंट प्रवाहित हो सकता है

यदि इनपुट संधारित्र पर्याप्त चार्ज नहीं रख सकता है जब तक कि यह स्रोत द्वारा वापस नहीं भरा जाता है, तो वोल्टेज नियामक के न्यूनतम अनुमत इनपुट वोल्टेज से नीचे चला जाता है। नियामक कुछ भी नहीं कर सकता है: आउटपुट वोल्टेज नाममात्र स्तर से नीचे रहता है जब तक कि इनपुट न्यूनतम स्तर तक नहीं पहुंचता।

नियामक को इसके डिज़ाइन किए गए ऑपरेटिंग क्षेत्र से बाहर निकालने के लिए अन्य गंभीर कमियां हो सकती हैं। यदि मूल रूप से बंद लूप नियंत्रण खुलता है, तो पास डिवाइस संतृप्त हो सकता है। यह भी संभव है कि इनपुट वोल्टेज आंतरिक सर्किटरी को मज़बूती से बिजली देने के लिए पर्याप्त नहीं है और अंडरवॉल्टेज लॉकआउट कार्यक्षमता के कारण डिवाइस बंद हो सकता है या बस ठीक से काम नहीं कर सकता है। पर्याप्त इनपुट वोल्टेज होने पर इन स्थितियों से रिकवरी का समय सामान्य लोड प्रतिक्रिया की तुलना में अधिक लंबा हो सकता है। आपको ऐसा होने से बचना चाहिए।

यह तब भी हो सकता है जब आउटपुट कैपेसिटर बड़ा हो। इसके पार वोल्टेज गिर जाएगा, और नियामक को होश आएगा और आउटपुट वोल्टेज को बनाए रखने और उसे वापस भरने की कोशिश करेगा। यदि टोपी बहुत बड़ी है, तो नियामक इनपुट पक्ष से उच्च धारा खींचेगा। पहली समस्या यह है कि यह इनपुट कैपेसिटर से आता है, भले ही आपके पास आउटपुट पर एक बड़ी टोपी हो, उपरोक्त स्थिति हो सकती है। दूसरी समस्या यह है कि यह संभव है कि करंट ओवरचार्ज प्रोटेक्शन को ट्रिगर करने के लिए करंट ज्यादा हो सकता है, जो अपने आप ही प्रतिक्रिया को धीमा कर देता है और ओवरक्रैक से रिकवरी लोड रेगुलेशन टाइम से धीमी हो सकती है। आपको सबसे अच्छा प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए नियामक को सामान्य परिचालन स्थितियों में रखना चाहिए।

आउटपुट कैपेसिटर जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए, बस उस समय को पाटने के लिए पर्याप्त होगा जब नियामक प्रतिक्रिया करता है और बढ़े हुए भार की भरपाई करता है। मोटे तौर पर, यदि आप आउटपुट कैप बढ़ाते हैं तो आप नियामक के काम को सख्त कर सकते हैं।

सबसे अच्छा वास्तविक दुनिया का दृष्टिकोण इनपुट साइड पर पर्याप्त बड़े कैप और आउटपुट साइड पर एक छोटे से शुरू करना है। सिफारिशों के लिए डेटाशीट पढ़ें। एक आस्टसीलस्कप के साथ उत्पादन पक्ष पर क्षणिक की जाँच करें। यदि यह संतोषजनक नहीं है, तो आउटपुट कैप बढ़ाने की कोशिश करें या इसे एक ऐसी श्रृंखला के साथ प्रतिस्थापित करें जिसमें कम श्रृंखला शामिल है। फिर इनपुट पर क्षणिक की जांच करें और इनपुट कैप को कम करने का प्रयास करें। दोनों तरफ कुछ सुरक्षा मार्जिन रखें।

संपादित करें:

नियामक के बाद तार / पीसीबी ट्रैक की बाधा ...

... एक ही प्रभाव पहले उल्लेख किया गया है: उपयोग के दौरान या निरंतर लेकिन उच्च आवृत्ति लोडिंग के मामले में, उपयोग बिंदु पर वोल्टेज पायदान (या निरंतर गिरावट) होगा। यदि आप नियामक के आउटपुट और उपयोग बिंदु पर एक आस्टसीलस्कप के साथ सिग्नल की तुलना करते हैं, तो आप देखेंगे कि नियामक में बहुत कम शोर होगा।

नियामक के आउटपुट पर संधारित्र के साथ संयुक्त तार / ट्रैक का अधिष्ठापन एक LC लो-पास फिल्टर है, जो प्रभावी रूप से HF घटकों को नम करता है।

यह अच्छा है , क्योंकि शोर भार नियामक के वोल्टेज को विकृत नहीं करता है (बहुत अधिक)। आप एक स्टार टोपोलॉजी में नियामक से सभी स्वतंत्र रूप से एमसीयू या अन्य (एनालॉग) सर्किट की आपूर्ति कर सकते हैं। यह हस्तक्षेप को प्रभावी ढंग से कम करेगा। यदि ट्रैक का इंडक्शन पर्याप्त नहीं है, तो आप जानबूझकर लाइन में इंडक्टर्स को शामिल कर सकते हैं। यह अक्सर आपके समान उपकरणों में देखा जा सकता है: संवेदनशील एनालॉग / डिजिटल नियंत्रण के साथ संयुक्त उच्च शक्ति क्षणिक भार।

उच्च आपूर्ति प्रतिबाधा भी खराब है , क्योंकि आप हर लोड पर सुचारू आपूर्ति चाहते हैं, लेकिन इसे हर उपयोग बिंदु में जोड़ने (कम-ईएसआर) कैपेसिटर के साथ तय किया जा सकता है। यदि आप उदाहरण के लिए एक पीसी मदरबोर्ड की जांच करते हैं, तो आप बहुत ही कारण से हर जगह सैकड़ों सिरेमिक कैप देखेंगे।


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+1: वोल्टेज विनियमन के यांत्रिकी की उत्कृष्ट व्याख्या!
लोरेंजो दोनाती

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आउटपुट पर एक संधारित्र के साथ, यदि आउटपुट विनियमन प्राप्त करने के लिए आवश्यक इनपुट वोल्टेज नीचे गिरता है, तो आपूर्ति में एक गिरावट होगी, और आउटपुट संधारित्र बंद हो जाएगा।

इनपुट पर एक संधारित्र के साथ नियामक में हमेशा एक वोल्टेज आरक्षित होता है, और अगर यह न्यूनतम इनपुट वोल्टेज से ऊपर रहता है, तो आउटपुट संधारण को बिना संधारित्र (कुछ हद तक उच्च आवृत्ति प्रतिबाधा के साथ) के साथ भी बनाए रखा जा सकता है।

सुधारित एसी के साथ यह प्रभाव बहुत स्पष्ट होगा। आपकी 5 V आपूर्ति के साथ यह आपके सेंसर की आवश्यकता के बजाय कम वर्तमान क्षमता की ओर इंगित करता है।

कोशिश करो और एक गुंजाइश के साथ आपूर्ति लहर तरंगों पर एक नज़र डालें। समर्पित नियामकों पर विचार करें यदि बजट और विनिर्देश इसे सही ठहरा सकते हैं। यह एक सेंसर को दूसरे हिस्सों को प्रभावित करने से रोकेगा।


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क्योंकि dQ = C * dV।

जब तक आप अपनी सीमा पर नियामक को सही तरीके से नहीं चला रहे हैं, तब तक आप इनपुट संधारित्र पर एक बड़े dV को सहन कर सकते हैं, जिससे एक छोटी सी की अनुमति मिलती है।


यह काफी छोटा व्याख्या नहीं करता है , क्योंकि वोल्टेज केवल 5 से 3.3 वोल्ट तक जाता है। बेशक, कोई नहीं जानता कि क्या एक काफी छोटे संधारित्र है।
पाइप

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@ कड़ी: यह करता है। इनपुट 5V से 3.3V: dV = 1.7V आउटपुट 3.3V शायद 3.0V (या जो भी डेटाशीट Vddmin कहती है): dV = 0.3V। एलडीओ के ड्रॉपआउट वोल्टेज के आधार पर कुछ परिवर्तनशीलता, लेकिन लगभग 5: 1 परिवर्तन एक महत्वपूर्ण अंतर है।
ब्रायन ड्रमंड 2

यह शब्द लाइन रेगुलेशन को समझाने के लिए इस उत्तर का विस्तार करने लायक होगा ।
फोटॉन

आप सर, वास्तव में समझें कि क्या चल रहा है। "बस और टोपी जोड़ें" " क्यों खरीदें ?" मैं अपने सहयोगियों से पूछता हूं कि वे इस बारे में सोचना शुरू करेंगे कि कोई ऊर्जा क्यों संग्रहीत और उपयोग की जाती है।
winny

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प्रश्न का मूल आधार अमान्य है और सार्वभौमिक रूप से लागू नहीं है। निश्चित रूप से नियामकों (जो भी किस्म के) के साथ काम करने के लिए यथोचित चिकनी (फ़िल्टर की गई) कच्ची शक्ति की आवश्यकता होती है। यदि कोई स्पंदित-डीसी पर काम करेगा, तो एक विशिष्ट एसी स्रोत और रेक्टिफायर चरण से बाहर। यह वह जगह है जहां हम आम तौर पर बड़े "बल्क" फिल्टर कैपेसिटर देखते हैं।

कभी-कभी, कुछ ऐसे मामले होते हैं जहां बड़े कैपेसिटेंस को बड़े, रुक-रुक कर लोड की उपस्थिति में बिजली की आपूर्ति बस को पकड़ना आवश्यक होता है, जैसे कि प्रश्न में एक उदाहरण के रूप में दिया गया।

यह "पहले या बाद में अधिक प्रभावी" का सवाल नहीं है। वे दो अलग-अलग और स्वतंत्र मामले हैं और पूछे गए प्रश्न के अनुसार तार्किक रूप से संयोजित नहीं किए जा सकते।


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लेकिन जिन भारों को बड़े कैपेसिटर की आवश्यकता होती है, वे आमतौर पर एक नियामक से सीधे नहीं जुड़े होते हैं और विशेष रूप से एमसीयू पावर रेल के लिए नहीं। लगभग हमेशा एक अलग, पर्याप्त आपूर्ति का उपयोग करना पड़ता है या कम से कम एक आगमनात्मक युग्मन होता है। एक बड़ी टोपी को सीधे रेगुलेटर के आउटपुट में बाँधने का कोई मतलब नहीं है।
गैबोर मोसिक

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एक नियामक के आउटपुट पक्ष पर एक संधारित्र भी तब तक उपयोगी कुछ भी करने की कोशिश करना शुरू नहीं करेगा जब तक कि आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तन न हो। जब इनपुट वोल्टेज गिरता है तो इनपुट साइड पर एक संधारित्र विद्युत आपूर्ति शुरू कर देगा। एक विशिष्ट नियामक उस सीमा को कम से कम करने की कोशिश करेगा जिसमें इनपुट वोल्टेज पर होने वाले बदलाव आउटपुट को प्रभावित करते हैं, इसलिए इनपुट-साइड कैपेसिटर को ऊर्जा की आपूर्ति शुरू करने के लिए आवश्यक इनपुट-वोल्टेज ड्रॉप आमतौर पर किसी भी महत्वपूर्ण आउटपुट-वोल्टेज परिवर्तन का कारण नहीं होगा।

कुछ मामलों में, एक नियामक अचानक चालू मांग पर तुरंत प्रतिक्रिया करने में सक्षम नहीं हो सकता है, और ऐसे मामलों में आउटपुट संधारित्र सहायक हो सकता है (यदि आवश्यक नहीं है) समय पर प्रतिक्रिया करने के लिए नियामक को कुछ आउटपुट की आपूर्ति करने में मददगार हो सकता है। बढ़े हुए भार के लिए। आउटपुट कैप काफ़ी हद तक आउटपुट वोल्टेज ड्रॉप किए बिना आउटपुट कैप को प्रभावी ढंग से फीड करने में सक्षम नहीं होगा, लेकिन बढ़ी हुई मांग पर प्रतिक्रिया करने के लिए नियामक को समय देने के लिए यह पर्याप्त फीड करने में सक्षम हो सकता है।

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