Explicando un circuito regulador de voltaje del automóvil

Necesito encontrar una solución para un regulador de voltaje que se utilizará en un vehículo, regulando ~ 12V de la batería del automóvil a 5V utilizada por el microcontrolador Atmel AVR.

He encontrado este esquema en Internet:

Si bien entiendo la mayor parte de cómo funciona este circuito, tengo algunas preguntas al respecto:

1. ¿Cuál es el propósito de la resistencia R30 en el lado de entrada?
2. ¿Por qué hay dos condensadores a cada lado del regulador lineal LM7805 ? Esta respuesta a otra pregunta podría ser la respuesta que estoy buscando, pero no estoy seguro. Si esta respuesta está relacionada con mi pregunta y el uso de dos condensadores es para reducir la resistencia y la inductancia, ¿por qué se utilizan clasificaciones de condensadores tan diferentes (0.1 µF y 470 µF)?
3. Tomando un solo par de condensadores, ¿por qué uno de ellos está polarizado y el otro no?
4. ¿Hay algún inconveniente si se utilizan condensadores con mayor capacidad en lugar de los que se muestran en el esquema?
5. ¿Hay algún inconveniente si se usan condensadores con mayor voltaje de ruptura en lugar de los que se muestran en el esquema?

Gracias por adelantado.

1. R30 limita un poco la corriente de pico de carga al condensador, pero a 1 ohm todavía permite 12 A, por lo que es de poco uso allí. También limitaría la corriente a través del zener si hay picos superiores a 20 V.

2. Los condensadores más grandes funcionan menos bien a frecuencias más altas, y ahí es donde se hacen cargo los más pequeños.

3. 470 µF en una versión no polarizada sería costosa, pero no habría nada en contra. Todos los condensadores grandes están polarizados.

4. En la salida, daría una carga adicional para que el 7805 lo cargue. En la entrada también para la batería, pero eso puede entregar más que suficiente corriente.

5. No, excepto que son más grandes.

6. Tenga en cuenta que la diferencia de entrada-salida para el 7805 es de aproximadamente 5 V (12 V - 1 V para el diodo y 1 V para R30 - 5 V de salida) y que a 1 A el regulador disipará 5 W, por lo que necesitará un enfriamiento considerable (disipador de calor considerable) si desea extraer tanta corriente.

Para ampliar la respuesta de stevenvh, para diseñadores con menos experiencia:

1. R30 está ahí para limitar la corriente de entrada para que el fusible no se queme. De lo contrario, cuando conecte el circuito por primera vez, los condensadores de entrada pueden consumir mucha corriente hasta que se carguen, lo que puede ser suficiente para quemar el fusible. Como dice stevenvh, también puede ayudar a proteger los condensadores, lo que puede ser importante para algunos tipos de condensadores, especialmente el tantalio, que literalmente puede incendiarse si se maltrata demasiado. La corriente a largo plazo a través del fusible será comparable a la corriente de carga, que para un microcontrolador sería pequeña, por lo que la corriente de entrada en el primer encendido es una especie de caso especial y no preocupa el resto del tiempo. Si desea medir la corriente de entrada, intente capturarla en un osciloscopio digital con una sonda de corriente. También R30 puede ayudar a limitar la corriente a la carga en condiciones de cortocircuito, especialmente en caso de que alguien haya reemplazado un fusible quemado con una pieza de metal. 12A de la fuente aún puede freír todos los circuitos en su camino, pero al menos es lo suficientemente bajo como para no incendiar su automóvil, lo que la corriente ilimitada de la batería de un automóvil puede ser lo suficientemente alta como para hacerlo.

2. El condensador de gran valor está ahí para cambios comparativamente más grandes y de menor variación en la corriente de carga (o voltaje de entrada, que puede variar mucho en un automóvil debido a las altas corrientes de la batería durante el arranque del motor). El condensador de valor pequeño está ahí para cambios más pequeños y de variación más rápida en la corriente de carga. Un condensador de la vida real no es "ideal" y tiene sus casos de uso particulares, por lo que poner diferentes tipos de condensadores en paralelo les permite apuntalar las debilidades de los demás.

3. Los diferentes tipos de condensadores pueden estar polarizados o no. Para los valores en ese esquema, probablemente usaría aluminio electrolítico o tántalo para el valor grande y estos estarían polarizados. Por el pequeño valor, probablemente usaría cerámica y no se polarizaría, pero si elige otro tipo, podría serlo. La polarización marcada es una suposición por parte del diseñador esquemático sobre qué tipos de condensadores se utilizarán. No describe una lista de materiales, pero quizás haya uno disponible en su fuente que enumere las partes específicas que tenían en mente.

4. Generalmente, una mayor capacidad es buena en los reguladores de voltaje, ya que las variaciones en la corriente de carga pueden extraerse de los condensadores en lugar de la fuente de entrada (por ejemplo, batería y cableado), que pueden tener una alta impedancia y no ser capaces de proporcionar altas corrientes bajo demanda. (sin dejar de poder suministrar la corriente promedio). Sin embargo, no es necesario exagerar, ya que el trabajo del regulador es utilizar activamente la retroalimentación para mantener el voltaje de salida cerca de la salida nominal. Los chips digitales no se ven afectados por una pequeña cantidad de ondulación o ruido en la entrada de alimentación siempre que esté dentro de la cantidad especificada (generalmente +/- 5%). Los circuitos analógicos como RF, audio, infrarrojos, etc. pueden ser mucho más sensibles al ruido de la fuente de alimentación y necesitan una mejor regulación. El costo y el tamaño son factores de diseño importantes, y minimizarlos generalmente significa incluir "

5. Los condensadores de mayor voltaje pueden ser más caros, y alguien podría llamarlo durante una revisión de diseño para un producto real. Para un aficionado, es mejor diseñar demasiado las cosas siempre que el tamaño no sea una preocupación, ya que unos pocos centavos por las piezas compensan el esfuerzo de volver a soldar si algo se fríe.