解释汽车电压调节器电路

电器工程 电容器 电压调节器
2022-01-31 06:29:00

我需要为车辆中使用的电压调节器提供解决方案,将汽车电池的约 12V 调节至 Atmel AVR 微控制器使用的 5V。

我在网上找到了这个示意图:

汽车电压调节器原理图

虽然我了解该电路的大部分工作原理,但我有几个问题:

  1. 输入侧R30电阻的作用是什么?
  2. 为什么线性稳压器LM7805两边各有两个电容This answer to another question可能是我正在寻找的答案,但我不确定。如果这个答案与我的问题有关,并且使用两个电容器是为了降低电阻和电感,为什么要使用如此不同的电容器额定值(0.1 µF 和 470 µF)?
  3. 拿一对电容来说,为什么一个是有极性的,另一个没有呢?
  4. 如果使用具有更大电容的电容器而不是原理图上显示的电容器,是否有任何缺点?
  5. 如果使用具有更大击穿电压的电容器而不是原理图上显示的电容器,是否有任何缺点?

提前致谢。

2个回答
  1. R30 在一定程度上限制了电容器的充电峰值电流,但在 1 ohm 时它仍然允许 12 A,因此在那里几乎没有用处。如果峰值高于 20 V,也会限制通过齐纳二极管的电流。

  2. 较大的电容器在较高的频率下工作得不太好,这就是较小的电容器接管的地方。

  3. 非极化版本中的 470 µF 会很昂贵,但没有什么反对的。所有大电容都是极化的。

  4. 在输出端,它将为 7805 充电提供额外的负载。电池的输入也是如此,但这可以提供足够多的电流。

  5. 不,除了它们更大。

  6. 请记住,7805 的输入-输出差约为 5 V(二极管为 12 V - 1 V,R30 为 1 V - 5 V 输出),在 1 A 输出时,稳压器将耗散 5 W,因此如果您想消耗那么多电流,则需要相当大的冷却(相当大的散热器)。

为了扩展 stevenvh 的答案,对于经验不足的设计师:

  1. R30 用于限制浪涌电流,因此保险丝不会熔断。否则,当您第一次插入电路时,输入电容器会消耗大量电流,直到它们被充电,这足以烧断保险丝。正如 stevenvh 所说,它也可能有助于保护电容器,这对于某些类型的电容器可能很重要,尤其是钽,如果处理不当,它可能会着火。通过保险丝的长期电流将与负载电流相当,对于微控制器而言负载电流很小,因此第一次上电时的浪涌电流是一种特殊情况,其余时间不用担心。如果您想测量浪涌电流,请尝试在带有电流探头的数字示波器上捕获它。R30 还可以帮助限制短路条件下的负载电流,特别是如果有人用一块金属代替了熔断的保险丝。来自源头的 12A 仍然可以烧毁其路径中的每个电路,但至少它足够低,可能不会让您的汽车着火,汽车电池的无限电流可能足够高。

  2. 大容量电容器用于负载电流(或输入电压,由于发动机启动过程中的高电池电流而在汽车中变化很大)相对较大、变化较慢的变化。小值电容器用于负载电流的更小、更快变化的变化。现实生活中的电容器并不“理想”并且有其特定的用例,因此并联不同类型的电容器可以让它们相互弥补弱点。

  3. 不同类型的电容器可以极化或不极化。对于该示意图上的值,您可能会使用铝电解或钽作为较大的值,并且这些值会被极化。对于较小的值,您可能会使用陶瓷并且不会极化,但如果您选择其他类型,则可能是。所标记的极化是原理图设计人员对将使用哪种类型的电容器的假设。您没有描述材料清单,但您的来源可能提供了一份材料清单,其中列出了他们所考虑的特定部分。

  4. 更大的电容通常在稳压器中是一件好事,因为负载电流的变化可以从电容器而不是输入源(例如电池和接线)中汲取,后者可能具有高阻抗并且无法按需提供高电流(同时仍然能够提供平均电流)。然而,没有必要过度,因为调节器的工作是积极使用反馈来保持输出电压接近标称输出。数字芯片不会受到电源输入上的少量纹波或噪声的影响,只要它在指定的量内(通常为 +/- 5%)。RF、音频、红外线等模拟电路对电源噪声更加敏感,需要更好的调节。成本和尺寸是重要的设计因素,最小化它们通常意味着包括“

  5. 更高电压的电容器可能更贵,有人可能会在对真实产品进行设计审查时给你打电话。对于业余爱好者来说,只要不考虑尺寸,就可以过度设计东西,因为如果有东西被炸了,零件的几便士就可以弥补重新焊接的努力。