解释汽车稳压器电路


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我需要提出一种用于汽车的电压调节器的解决方案,将汽车电池的〜12V电压调节至Atmel AVR微控制器使用的5V。

我已经在网上找到了这个原理图:

汽车稳压器原理图

虽然我大部分了解了该电路的工作原理,但我对此有一些疑问:

  1. 输入侧R30电阻的目的是什么?
  2. 为什么线性稳压器LM7805的每一侧都有两个电容器?另一个问题的答案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减小电阻和电感,那么为什么要使用如此不同的电容器额定值(0.1 µF和470 µF)?
  3. 以一对电容器为例,为什么其中一个极化了,而另一个却没有极化呢?
  4. 如果使用更大容量的电容器代替原理图上显示的电容器,是否有任何缺点?
  5. 如果使用击穿电压更大的电容器代替原理图上显示的电容器,是否有任何缺点?

提前致谢。

Answers:


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  1. R30在某种程度上限制了电容器的充电峰值电流,但是在1 ohm时,它仍然允许12 A的电流,因此在那里很少使用。如果存在高于20 V的峰值,还将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无法很好地工作,而较小的电容器将接管该电容器。

  3. 在非极化版本中,470 µF会很昂贵,但没有任何不利之处。所有大电容器都是极化的。

  4. 在输出上,这将给7805充电带来额外的负担。在电池输入端也是如此,但这可以提供足够的电流。

  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,R30-5 V out为1 V),而在1 A out时,稳压器将耗散5 W,因此如果要汲取大量电流,将需要大量的冷却(较大的散热器)。


感谢您提供详尽的答案,这确实很有帮助。您是否建议使用大于1欧姆的电阻?另外,输入端有一个0.5A的保险丝,因此电流不会超过该值。实际上,我认为不会超过200 mA。
NikolaMalešević'12年

如果将电阻设为10欧姆,则在200 mA时会有2 V的压降,这可以减轻7805的负担。您至少需要一个1/2 W的电阻,更好的是1W。
stevenvh 2012年

5.是的。Ecaps的寿命较短。
罗素·麦克马洪

电阻额定值通常用于连续功耗。对典型的1W电阻的数据表进行的检查表明,如果“接通”时间不超过10ms,则在1%占空比下,它可能具有高达100倍的额定功率。如图所示,该电路最初会将144瓦的功率通过电阻,该规范不允许任何持续时间(功率超过1瓦的时间不到1毫秒),但是可以使用1W 2ohm电阻或2W 1ohm电阻在不违反其规格的情况下。
supercat 2012年

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我实际上会将R30增大到6至8Ω(适当增加额定功率),以将1/2 A降低4-5V。电阻器是限制线性稳压器必须耗散功率的一种简便方法,而且对于热运行也不那么挑剔。
尼克T

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对于经验不足的设计师,要扩大stevenvh的答案,请执行以下操作:

  1. R30可以限制涌入电流,因此保险丝不会烧断。否则,当您第一次插入电路时,输入电容器会吸收大量电流,直到被充电为止,这足以烧断保险丝。正如stevenvh所说,这也可能有助于保护电容器,这对于某些类型的电容器(尤其是钽)可能非常重要,如果处理不当,钽实际上会着火。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,负载电流会很小,因此第一次上电时的浪涌电流是一种特殊情况,在其余时间中无需担心。如果要测量涌入电流,请尝试使用电流探头在数字示波器上捕获它。此外,R30还可以在短路条件下帮助限制负载电流,特别是在有人用金属片更换了保险丝的情况下。从源头获得的12A电流仍然可以炸穿其路径中的每个电路,但是至少它的电流足够低,以至于可能不会使您的汽车着火,而汽车电池产生的无限电流可能足够大。

  2. 大容量电容器用于负载电流(或输入电压的较大,较慢变化)的变化,由于发动机启动时电池电流较高,因此输入电压在汽车中可能会发生很大变化。那里有小容量电容器,可以使负载电流的变化更小,变化更快。现实生活中的电容器不是“理想的”电容器,而是有其特定的用例,因此将不同类型的电容器并联使用可以使它们相互弥补各自的弱点。

  3. 不同类型的电容器可以极化或不极化。对于该原理图上的值,您可能会使用铝电解或钽作为较大的值,而这些将被极化。对于较小的值,您可能会使用陶瓷,而不会极化,但是如果您选择其他类型的话,则可能是极化的。标记的极化是示意图设计者对使用哪种类型电容器的假设。您没有描述物料清单,但是您可能会找到一份清单,其中列出了他们考虑的特定零件。

  4. 在稳压器中,更大的电容通常是一件好事,因为负载电流的变化可能来自电容器,而不是来自输入源(例如电池和接线),后者可能具有高阻抗并且无法按需提供大电流(同时仍然能够提供平均电流)。但是,不必过度调节,因为稳压器的工作是积极利用反馈来保持输出电压接近标称输出。只要功率输入在指定数量(通常为+/- 5%)以内,数字芯片就不会受到电源输入上的少量波动或噪声的影响。RF,音频,红外等模拟电路对电源噪声更敏感,需要更好的调节。成本和尺寸是重要的设计因素,而将其最小化通常意味着包括“

  5. 更高电压的电容器可能更昂贵,有人可能会在进行实际产品的设计审查时要求您这样做。对于业余爱好者来说,只要不担心大小,也可以对设计进行过度设计,因为零件花了几美分,弥补了油炸后的重新焊接工作。


关于保险丝;它们只是为了防止起火,而不是损坏电路。
尼克T

马特,非常感谢您的详细解释。您可能已经注意到,在电子学方面,我只是一个初学者。您的指南将对我以及将来我可能追求的其他项目有很大帮助。@NickT,也感谢您的想法,我将确保在此处放置一个更大的电阻。
NikolaMalešević'12年
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