Explicando um circuito regulador de tensão do carro

Preciso encontrar uma solução para que um regulador de tensão seja usado em um veículo, regulando ~ 12V da bateria do carro a 5V usado pelo microcontrolador Atmel AVR.

Eu encontrei este esquema na Internet:

Embora eu compreenda a maior parte de como esse circuito funciona, tenho algumas perguntas sobre isso:

1. Qual é o objetivo do resistor R30 no lado da entrada?
2. Por que existem dois capacitores em cada lado do regulador linear LM7805 ? Esta resposta para outra pergunta pode ser a resposta que estou procurando, mas não tenho certeza. Se esta resposta está relacionada à minha pergunta e o uso de dois capacitores é para reduzir a resistência e a indutância, por que são usadas classificações de capacitor tão diferentes (0,1 µF e 470 µF)?
3. Tomando um único par de capacitores, por que um deles é polarizado e o outro não?
4. Existem desvantagens ao usar capacitores com maior capacitância, em vez daqueles exibidos no esquema?
5. Existem desvantagens ao usar capacitores com maior tensão de interrupção, em vez daqueles exibidos no esquema?

Desde já, obrigado.

1. O R30 limita um pouco a corrente de pico de carga ao capacitor, mas a 1 ohm ainda permite 12 A, portanto pouco uso lá. Também limitaria a corrente através do zener se houver picos acima de 20 V.

2. Os capacitores maiores funcionam menos bem em frequências mais altas, e é aí que os menores assumem o controle.

3. 470 µF em uma versão não polarizada seria caro, mas não haveria nada contra isso. Todos os capacitores grandes são polarizados.

4. Na saída, daria uma carga extra para o 7805 carregá-lo. Na entrada também para a bateria, mas isso pode fornecer corrente mais do que suficiente.

5. Não, exceto que eles são maiores.

6. Lembre-se de que a diferença de entrada e saída do 7805 é de cerca de 5 V (12 V - 1 V para o diodo e 1 V para R30 - 5 V out) e que, a 1 A, o regulador dissipará 5 W, portanto precisará de um resfriamento considerável (dissipador de calor considerável) se você quiser extrair muita corrente.

Para expandir a resposta de stevenvh, para designers menos experientes:

1. O R30 existe para limitar a corrente de energização para que o fusível não queime. Caso contrário, quando você conecta o circuito pela primeira vez, os capacitores de entrada podem consumir muita corrente até serem carregados, o que pode ser suficiente para queimar o fusível. Como stevenvh diz, também pode ajudar a proteger os capacitores, o que pode ser importante para alguns tipos de capacitores, especialmente o tântalo, que podem literalmente pegar fogo se maltratados. A corrente de longo prazo através do fusível será comparável à corrente de carga, que para um microcontrolador seria pequena; portanto, a corrente de energização na primeira inicialização é uma espécie de caso especial e não preocupa o resto do tempo. Se você deseja medir a corrente de irrupção, tente capturá-la em um osciloscópio digital com uma sonda de corrente. O R30 também pode ajudar a limitar a corrente à carga em condições de curto-circuito, especialmente no caso de alguém ter substituído um fusível queimado por um pedaço de metal. O 12A da fonte ainda pode fritar todos os circuitos em seu caminho, mas pelo menos é baixo o suficiente para provavelmente não incendiar seu carro, que corrente ilimitada de uma bateria de carro pode ser alta o suficiente para ser usada.

2. O capacitor de grande valor está presente para alterações comparativamente maiores e de variação mais lenta na corrente de carga (ou tensão de entrada, que pode variar muito em um carro devido às altas correntes de bateria durante a partida do motor). O capacitor de pequeno valor está presente para alterações menores e de variação mais rápida na corrente de carga. Um capacitor da vida real não é "ideal" e tem seus casos de uso específicos, portanto, colocar diferentes tipos de capacitores em paralelo permite que eles reforcem as fraquezas um do outro.

3. Diferentes tipos de capacitores podem ser polarizados ou não. Para os valores desse esquema, você provavelmente usaria alumínio eletrolítico ou tântalo para o valor alto e esses seriam polarizados. Pelo pequeno valor, você provavelmente usaria cerâmica e esses não seriam polarizados, mas se você escolher outro tipo, talvez seja. A polarização marcada é uma suposição por parte do projetista esquemático sobre quais tipos de capacitores serão usados. Você não descreve uma lista de materiais, mas talvez um esteja disponível na sua fonte, listando as partes específicas que eles tinham em mente.

4. Geralmente, mais capacitância é boa nos reguladores de tensão, já que variações na corrente de carga podem ser extraídas dos capacitores, e não da fonte de entrada (por exemplo, bateria e fiação), que pode ter uma alta impedância e não pode fornecer altas correntes sob demanda (enquanto ainda é capaz de fornecer a corrente média). No entanto, não é necessário exagerar, pois o trabalho do regulador é usar ativamente o feedback para manter a tensão de saída próxima à saída nominal. Os chips digitais não são afetados por uma pequena quantidade de ondulação ou ruído na entrada de energia, desde que esteja dentro da quantidade especificada (geralmente +/- 5%). Circuitos analógicos como RF, áudio, infravermelho etc. podem ser muito mais sensíveis ao ruído da fonte de alimentação e precisam de uma melhor regulamentação. Custo e tamanho são fatores importantes de design, e minimizá-los geralmente significa incluir "

5. Capacitores de alta voltagem podem ser mais caros, e alguém poderia falar sobre isso durante uma revisão de projeto de um produto real. Para um hobby, é melhor projetar as coisas desde que o tamanho não seja uma preocupação, pois alguns centavos por peças mais do que compensam o esforço de re-solda se algo fritar.