電圧レギュレータの前のコンデンサはなぜ後よりも効果的ですか？

USB電源バンクからLDO電圧レギュレータに 5 Vを入力し、3.3 Vにドロップダウンします。3.3Vラインには、いくつかのICとIRセンサーがあります。IRセンサーの1つは、短いバーストでかなりの電流を消費します（10 µFのコンデンサがあります）。

その電力を消費するIRセンサーがオンになると、回路の他の部分が一瞬奇妙に動作します。3.3 Vレールに大きなコンデンサを追加すると、それを解消できると考えました。しかし、代わりに、5 V側に非常に小さなコンデンサを追加できることに気付き、問題も解決しました。

コンデンサが出力よりもレギュレータの入力側でより効果的であるのはなぜですか？センサーがある出力/3.3 V側にある場合、充電はシステムにとって「より簡単に利用可能」になると考えました。

（私は電子工学をいじくり回しているだけで、基本的な物理E＆M以外の正式な知識はありません。）

*編集：問題/実験の前に、レギュレーターの両側に0.1uFキャップ、1uFキャップ、2つの10uFキャップがありました（両側で合計21.1uF）。私は問題の後に余分な上限を追加し始めました。

使用ポイントでの過渡中の電圧降下は、おおよそ次の要素で構成されます。

1. レギュレータの前のワイヤとソースのインダクタンス。長く細い電源ケーブルを使用する典型的なシステムの場合、ケーブルのインダクタンスが高いため、これは通常重要です。

2. レギュレータの後のワイヤ/ PCBトラックのインダクタンス。これは通常、使用率がレギュレーターに近い場合は短くなりますが、システムが大きなPCBを使用している場合、またはおそらく相互接続されたPCBを使用している場合は重要です。

3. レギュレーターの応答時間。レギュレータが応答する必要がある主要なイベントは、入力電圧の変動と出力負荷の変動の2つです。これらのパラメータは、そのデータシートに記載されています。

レギュレータの出力での過渡中に、次のことが起こります。

1. 出力コンデンサの電圧が低下する
2. レギュレータの制御ループは電圧偏差を検知し、さらに伝導しようとします。これには時間がかかり（データシートの負荷調整応答時間）、この間、電圧はさらに低下します。
3. レギュレータはより多くの電流を流し、入力コンデンサからより多くの電流を引き出します。
4. ケーブルがケーブルを流れる前に、キャップと供給電圧の電圧差により、入力コンデンサを埋め戻すケーブルに電流が流れ始めます。（大まかに言って）インダクタンスが電流の流れ始める速度を制限するため、これには時間がかかります。

入力コンデンサがソースによって満たされるまで十分な電荷を保持できない場合、電圧はレギュレータの最小許容入力電圧を下回ります。レギュレータは何もできません。入力が最小レベルに達するまで、出力電圧は公称レベルを下回ります。

レギュレータを設計された動作領域から強制的に外すと、他の重大な欠点が生じる場合があります。元々閉ループ制御が開いた場合、パスデバイスが飽和する可能性があります。また、入力電圧が内部回路に確実に電力を供給するのに十分ではなく、低電圧ロックアウト機能が原因でデバイスがシャットダウンしたり、正常に動作しなかったりする可能性もあります。これらの状況からの回復時間は、十分な入力電圧がある場合の一般的な負荷応答よりもはるかに長い場合があります。これを避ける必要があります。

これは、出力コンデンサが大きい場合でも発生する可能性があります。両端の電圧が低下し、レギュレータは出力電圧を検知して保持しようとし、それを埋め戻します。キャップが大きすぎると、レギュレータは入力側から高電流を引き込みます。最初の問題は、入力コンデンサに起因するため、出力に大きな容量があっても上記の状況が発生する可能性があることです。2番目の問題は、電流が過電流保護をトリガーするのに十分高い可能性があり、それ自体で応答が遅くなり、過電流からの回復が負荷調整時間よりも遅くなる可能性があることです。最高のパフォーマンスを実現するには、レギュレータを通常の動作状態に保つ必要があります。

出力コンデンサは、レギュレータが応答して負荷の増加を補償する時間を橋渡しするのに十分なだけ小さくする必要があります。大まかに言えば、出力キャップを増やすと、レギュレーターの仕事を強化するだけです。

現実的な最善のアプローチは、入力側で十分に大きいキャップから開始し、出力側で小さいキャップから開始することです。推奨事項については、データシートをお読みください。オシロスコープで出力側の過渡現象を確認します。満足できない場合は、出力キャップを増やすか、直列インダクタンスの低いものと交換してください。次に、入力での過渡状態を調べて、入力キャップを減らしてみてください。両側にある程度の安全マージンを確保してください。

編集：

レギュレーター後のワイヤー/ PCBトラックのインピーダンス...

...前述の同じ効果があります：過渡時または連続的ではあるが高周波負荷の場合、利用ポイントで電圧ノッチ（または連続降下）が発生します。レギュレーターの出力と利用ポイントで信号をオシロスコープと比較すると、レギュレーターのノイズがはるかに小さいことがわかります。

レギュレータの出力でコンデンサと組み合わされたワイヤ/トラックのインダクタンスはLCローパスフィルタであり、HF成分を効果的に減衰させます。

これは、ノイズの多い負荷がレギュレータの電圧を（あまりにも）歪めないため、良好です。MCUまたは他の（アナログ）回路は、すべてスタートポロジーのレギュレーターから独立して提供できます。これにより、干渉が効果的に減少します。トラックのインダクタンスが十分に高くない場合、ラインにインダクタを意図的に含めることができます。これは、あなたの機器に似た機器でよく見られます。高出力の過渡負荷と高感度のアナログ/デジタル制御を組み合わせたものです。

すべての負荷でスムーズな供給が必要なため、高い供給インピーダンスも悪いですが、これはすべての利用ポイントに（低ESR）コンデンサを追加することで修正できます。たとえば、PCのマザーボードを調べると、まさにその理由で、何百ものセラミックキャップがいたるところに表示されます。

出力にコンデンサがある場合、入力電圧が出力レギュレーションを達成するために必要な値を下回ると、電源にドロップアウトが発生し、出力コンデンサが垂下します。

入力にコンデンサがあると、レギュレータは常に電圧リザーブを持ち、最小入力電圧を超えて保持すると、コンデンサがなくても出力レギュレーションを維持できます（高周波インピーダンスが多少損なわれます）。

整流されたACでは、この効果は非常に明白です。5 Vの電源では、センサーが必要とするよりも低い電流能力を指しているようです。

スコープで電源リップル波形を見てみてください。予算と仕様で正当化できる場合は、専用の規制当局の設置を検討してください。これにより、センサーが他の部品に影響を与えなくなります。

dQ = C * dVであるため。

レギュレータをその限界で正しく動作させていない限り、入力コンデンサでより大きなdVを許容し、より小さなCを許容できます。

質問の基本的な前提は無効であり、普遍的に適用可能ではありません。確かに、規制当局（さまざまな種類の）は、合理的にスムーズな（フィルター処理された）未加工の電力を使用する必要があります。通常のAC電源および整流器ステージから出力されるパルスDCで動作するものはほとんどありません。これは、通常、大きな「バルク」フィルタコンデンサが表示される場所です。

ただし、問題の例として挙げられるような大きな断続的な負荷が存在する場合に、電源バスを保持するために大きな容量が必要になる場合があります。

「前または後により効果的」という問題ではありません。これらは2つの別個の独立したケースであり、質問のように論理的に結合することはできません。

レギュレータの出力側のコンデンサは、出力電圧が変化しない限り、または出力電圧が変化するまで、有用なことを何も試みようとしません。入力側のコンデンサは、入力電圧が低下すると電流の供給を開始します。一般的なレギュレータは、入力電圧の変化が出力に与える影響を最小限に抑えようとします。そのため、入力側コンデンサにエネルギーの供給を開始させるために必要な入力電圧降下は、通常、大きな出力電圧の変化を引き起こしません。

場合によっては、レギュレーターが突然の電流要求に即座に反応できないことがあります。そのような場合、出力コンデンサーは、レギュレーターが反応するまでの間に出力に電流を供給するのに役立ちます（必要でない場合）。増加した負荷に。出力キャップは、出力電圧が著しく低下しない限り、非常に効果的に電流を供給することはできませんが、増加した需要に対応するためにレギュレータに十分な時間を与えることができる場合があります。