Объяснение схемы стабилизатора напряжения автомобиля

Мне нужно придумать решение для регулятора напряжения, который будет использоваться в автомобиле, регулируя ~ 12 В от автомобильного аккумулятора до 5 В, используемого микроконтроллером Atmel AVR.

Я нашел эту схему в Интернете:

Хотя я понимаю большую часть того, как работает эта схема, у меня есть несколько вопросов по этому поводу:

1. Какое назначение резистора R30 на стороне входа?
2. Почему на каждой стороне линейного регулятора LM7805 есть два конденсатора ? Этот ответ на другой вопрос может быть ответом, который я ищу, но я не уверен в этом. Если этот ответ связан с моим вопросом, а использование двух конденсаторов - для уменьшения сопротивления и индуктивности, почему используются такие разные номиналы конденсаторов (0,1 мкФ и 470 мкФ)?
3. Если взять одну пару конденсаторов, почему один из них поляризован, а другой нет?
4. Есть ли недостатки при использовании конденсаторов с большей емкостью вместо тех, которые показаны на схеме?
5. Есть ли недостатки при использовании конденсаторов с большим напряжением пробоя вместо тех, что показаны на схеме?

Заранее спасибо.

1. R30 несколько ограничивает пиковый ток зарядки для конденсатора, но при 1 Ом он все еще допускает 12 А, так что там мало пользы. Также будет ограничивать ток через стабилитрон, если есть пики выше 20 В.

2. Конденсаторы большего размера работают хуже на более высоких частотах, и именно здесь их заменяют меньшие.

3. 470 мкФ в неполяризованной версии было бы дорого, но ничего против этого не было бы. Все большие конденсаторы поляризованы.

4. На выходе это дало бы дополнительную нагрузку на 7805 для зарядки. На входе тоже для батареи, но это может доставить более чем достаточно тока.

5. Нет, кроме того, что они больше.

6. Имейте в виду, что разница между входом и выходом для 7805 составляет около 5 В (12 В - 1 В для диода и 1 В для R30 - 5 В на выходе) и что при 1 А на выходе регулятор рассеивает 5 Вт, поэтому потребуется значительное охлаждение (значительный радиатор), если вы хотите потреблять такой большой ток.

Чтобы расширить ответ Стивенвха, для менее опытных дизайнеров:

1. R30 предназначен для ограничения пускового тока, чтобы предохранитель не перегорел. В противном случае, когда вы впервые подключаете цепь, входные конденсаторы могут потреблять много тока до тех пор, пока они не зарядятся, чего может быть достаточно, чтобы перегореть предохранитель. Как говорит Стивенвх, это также может помочь защитить конденсаторы, что может быть важно для некоторых типов конденсаторов, особенно для тантала, которые могут буквально загореться при неправильном обращении. Долгосрочный ток через предохранитель будет сопоставим с током нагрузки, который для микроконтроллера будет небольшим, поэтому пусковой ток при первом включении питания является своего рода особым случаем, а не остальной проблемой в остальное время. Если вы хотите измерить пусковой ток, попробуйте записать его на цифровой осциллограф с помощью токового пробника. Также R30 может помочь ограничить ток нагрузки в условиях короткого замыкания, особенно в случае, если кто-то заменил перегоревший предохранитель куском металла. 12А от источника все еще может зажечь каждую цепь на своем пути, но, по крайней мере, она достаточно мала, чтобы, вероятно, не поджечь ваш автомобиль, а неограниченный ток от автомобильного аккумулятора может быть достаточно большим, чтобы это сделать.

2. Конденсатор большой емкости предназначен для сравнительно больших, более медленных изменений тока нагрузки (или входного напряжения, которое может сильно варьироваться в автомобиле из-за высоких токов батареи во время запуска двигателя). Конденсатор малого значения предназначен для меньших, более быстро меняющихся изменений тока нагрузки. Реальный конденсатор не является «идеальным» и имеет свои особые варианты использования, поэтому параллельное размещение конденсаторов различных типов позволяет им усиливать слабые стороны друг друга.

3. Различные типы конденсаторов могут быть поляризованными или нет. Для значений на этой схеме вы, вероятно, будете использовать алюминиевый электролит или тантал для большого значения, и они будут поляризованы. Для небольшого значения вы, вероятно, будете использовать керамику, и они не будут поляризованы, но если вы выберете другой тип, это может быть. Поляризация, как отмечено, является предположением со стороны разработчика схемы о том, какие типы конденсаторов будут использоваться. Вы не описываете список материалов, но, возможно, один доступен в вашем источнике, в котором перечислены конкретные части, которые они имели в виду.

4. Большая емкость обычно полезна в регуляторах напряжения, так как колебания тока нагрузки могут поступать от конденсаторов, а не от источника входного сигнала (например, батареи и проводки), который может иметь высокий импеданс и не может обеспечивать высокие токи по требованию. (хотя все еще в состоянии обеспечить средний ток). Однако не стоит переусердствовать, поскольку работа регулятора заключается в активном использовании обратной связи для поддержания выходного напряжения вблизи номинального выхода. Цифровые микросхемы не подвержены влиянию небольшой пульсации или шума на входе питания, если они находятся в пределах указанного количества (обычно +/- 5%). Аналоговые схемы, такие как РЧ, аудио, инфракрасный порт и т. Д., Могут быть намного более чувствительными к шуму источника питания и нуждаются в более качественном регулировании. Стоимость и размер являются важными факторами проектирования, и их минимизация обычно подразумевает

5. Конденсаторы с более высоким напряжением могут быть более дорогими, и кто-то может попросить вас об этом во время обзора проекта для реального продукта. Для любителя это так же, как и дизайн вещей, если размер не имеет значения, так как несколько копеек за детали больше, чем компенсирует повторную пайку, если что-то зажарится.