Erklären eines Autospannungsreglerkreises

Ich muss eine Lösung für einen Spannungsregler finden, der in einem Fahrzeug verwendet werden kann und ~ 12 V von der Autobatterie auf 5 V regelt, die vom Atmel AVR-Mikrocontroller verwendet werden.

Ich habe diesen Schaltplan im Internet gefunden:

Obwohl ich den größten Teil der Funktionsweise dieser Schaltung verstehe, habe ich einige Fragen dazu:

1. Was ist der Zweck des R30- Widerstands auf der Eingangsseite?
2. Warum befinden sich auf jeder Seite des Linearreglers LM7805 zwei Kondensatoren ? Diese Antwort auf eine andere Frage könnte die Antwort sein, nach der ich suche, aber ich bin mir nicht sicher. Wenn diese Antwort mit meiner Frage zusammenhängt und die Verwendung von zwei Kondensatoren zur Reduzierung von Widerstand und Induktivität dient, warum werden so unterschiedliche Kondensatorwerte verwendet (0,1 µF und 470 µF)?
3. Warum ist einer von beiden Kondensatoren polarisiert und der andere nicht?
4. Gibt es Nachteile bei der Verwendung von Kondensatoren mit größerer Kapazität anstelle der im Schaltplan angezeigten?
5. Gibt es Nachteile bei der Verwendung von Kondensatoren mit größerer Durchbruchspannung anstelle der im Schaltplan angezeigten?

Danke im Voraus.

1. R30 begrenzt den Ladespitzenstrom zum Kondensator etwas, erlaubt aber bei 1 Ohm immer noch 12 A, was dort wenig nützlich ist. Würde auch den Strom durch den Zener begrenzen, wenn es Spitzen über 20 V gibt.

2. Die größeren Kondensatoren arbeiten bei höheren Frequenzen weniger gut, und hier übernehmen die kleineren.

3. 470 µF in einer nicht polarisierten Version wären teuer, aber es wäre nichts dagegen. Alle großen Kondensatoren sind polarisiert.

4. Am Ausgang würde es eine zusätzliche Last für den 7805 geben, um ihn aufzuladen. Auch am Eingang für den Akku kann das aber mehr als genug Strom liefern.

5. Nein, außer dass sie größer sind.

6. Beachten Sie, dass die Eingangs- / Ausgangsdifferenz für den 7805 etwa 5 V beträgt (12 V - 1 V für die Diode und 1 V für R30 - 5 V out) und dass der Regler bei 1 A out 5 W abführt benötigt eine beträchtliche Kühlung (beträchtlicher Kühlkörper), wenn Sie so viel Strom ziehen möchten.

Um die Antwort von Stevenvh für weniger erfahrene Designer zu erweitern:

1. R30 dient zur Begrenzung des Einschaltstroms, damit die Sicherung nicht durchbrennt. Andernfalls können die Eingangskondensatoren beim ersten Anschließen des Stromkreises viel Strom ziehen, bis sie aufgeladen werden. Dies kann ausreichen, um die Sicherung durchzubrennen. Wie Stevenvh sagt, kann es auch zum Schutz der Kondensatoren beitragen, was für einige Arten von Kondensatoren wichtig sein kann, insbesondere für Tantal, das buchstäblich Feuer fangen kann, wenn es zu schlecht behandelt wird. Der Langzeitstrom durch die Sicherung ist vergleichbar mit dem Laststrom, der für einen Mikrocontroller gering wäre, sodass der Einschaltstrom beim ersten Einschalten ein Sonderfall ist und für den Rest der Zeit kein Problem darstellt. Wenn Sie den Einschaltstrom messen möchten, versuchen Sie, ihn mit einer Stromsonde auf einem digitalen Oszilloskop zu erfassen. Auch R30 kann helfen, den Strom zur Last unter Kurzschlussbedingungen zu begrenzen. insbesondere für den Fall, dass jemand eine durchgebrannte Sicherung durch ein Stück Metall ersetzt hat. 12A von der Quelle können immer noch jeden Stromkreis auf seinem Weg braten, aber zumindest ist er niedrig genug, um Ihr Auto wahrscheinlich nicht in Brand zu setzen. Der unbegrenzte Strom aus einer Autobatterie kann ausreichend hoch sein.

2. Der großwertige Kondensator ist für vergleichsweise größere, langsamer variierende Änderungen des Laststroms (oder der Eingangsspannung) vorgesehen, die in einem Auto aufgrund hoher Batterieströme beim Anlassen des Motors stark variieren können. Der Kondensator mit kleinem Wert ist für kleinere, sich schneller ändernde Änderungen des Laststroms vorgesehen. Ein realer Kondensator ist nicht "ideal" und hat seine besonderen Anwendungsfälle. Wenn Sie also verschiedene Arten von Kondensatoren parallel schalten, können Sie die Schwächen des anderen ausgleichen.

3. Verschiedene Arten von Kondensatoren können polarisiert sein oder nicht. Für die Werte in diesem Schema würden Sie wahrscheinlich Aluminiumelektrolyt oder Tantal für den großen Wert verwenden, und diese wären polarisiert. Für den kleinen Wert würden Sie wahrscheinlich Keramik verwenden und diese wären nicht polarisiert, aber wenn Sie einen anderen Typ wählen, könnte dies der Fall sein. Die markierte Polarisation ist eine Annahme des Schaltplaner, welche Arten von Kondensatoren verwendet werden. Sie beschreiben keine Stückliste, aber möglicherweise ist an Ihrer Quelle eine verfügbar, in der die spezifischen Teile aufgeführt sind, an die sie gedacht haben.

4. Bei Spannungsreglern ist im Allgemeinen mehr Kapazität eine gute Sache, da Schwankungen des Laststroms eher von den Kondensatoren als von der Eingangsquelle (z. B. Batterie und Verkabelung) bezogen werden können, die möglicherweise eine hohe Impedanz haben und bei Bedarf keine hohen Ströme liefern können (während immer noch in der Lage ist, den durchschnittlichen Strom zu liefern). Es ist jedoch nicht erforderlich, dies zu übertreiben, da die Aufgabe des Reglers darin besteht, die Rückkopplung aktiv zu nutzen, um die Ausgangsspannung nahe am Nennausgang zu halten. Digitale Chips sind nicht von einer geringen Welligkeit oder einem geringen Rauschen am Stromeingang betroffen, solange sie innerhalb des angegebenen Betrags liegen (normalerweise +/- 5%). Analoge Schaltkreise wie HF, Audio, Infrarot usw. können viel empfindlicher auf Netzteilrauschen reagieren und müssen besser geregelt werden. Kosten und Größe sind wichtige Designfaktoren, und ihre Minimierung bedeutet normalerweise, dass "

5. Kondensatoren mit höherer Spannung können teurer sein, und jemand könnte Sie während einer Entwurfsprüfung für ein echtes Produkt darauf hinweisen. Für einen Bastler ist es genauso gut, Dinge zu überarbeiten, solange die Größe keine Rolle spielt, da ein paar Cent für Teile den Aufwand für das Nachlöten mehr als wettmachen, wenn etwas gebraten wird.