Regulador de alta corriente de 5 voltios

Question

¿Es este un circuito válido para un regulador de alta corriente de 12 a 5 voltios? Necesito aproximadamente 10 amperios. Los TIP's tendrán un enorme disipador de calor.

La fuente es una batería de coche montada en este enorme robot R2D2.

Answer 1

Esa no es la topología adecuada para utilizar transistores para aumentar la corriente de un regulador lineal. Aquí es cómo se hace usando un solo transistor para proporcionar más corriente:

De este modo, la tensión de salida sigue estando bien regulada. En tu circuito, la caída B-E de los transistores hará que la tensión de salida sea menor.

A bajas corrientes, hay poca tensión a través de R1, por lo que Q1 permanece apagado. Cuando la corriente de carga aumenta, el voltaje a través de R1 aumenta, lo que enciende Q1, que vierte más corriente en la salida. El regulador sigue regulando, pero la corriente a través de él dejará de aumentar alrededor de 3/4 de amperio en este caso, después de lo cual el transistor se hace cargo de la mayor parte de la carga adicional.

Un gran transistor de potencia con un gran disipador de calor debería ser capaz de manejar tu corriente de salida de 10 A. Sin embargo, si quieres repartir el calor entre varios transistores, no puedes añadir más en paralelo. La forma de añadir más transistores es dar a cada uno su propia resistencia de emisor. Esto proporciona un poco de retroalimentación negativa de modo que si un transistor está pasando más de su parte de la corriente, el voltaje a través de su resistencia de emisor será más alto, lo que restará su voltaje B-E, lo que disminuirá la corriente a través de la resistencia.

Aquí hay un ejemplo con 3 transistores externos que toman la mayor parte de la carga de corriente, mientras que el regular está proporcionando la regulación:

Se trata básicamente de la misma idea que antes, pero cada transistor tiene su propia resistencia de emisor. R1 también se incrementa un poco para asegurarse de que hay un montón de unidad de base disponible para los tres transistores, y para tener en cuenta la caída de tensión adicional a través de las resistencias de emisor. Aun así, R1 es más grande de lo necesario en este ejemplo. Sin embargo, usted tiene un montón de tensión de margen disponible, por lo que la caída de un poco más en una resistencia no es un problema.

Ten en cuenta la disipación de las resistencias. Digamos que para tener en cuenta un pequeño desequilibrio y algo de margen, queremos que cada uno de los transistores sea capaz de manejar 4 A. Eso es 400 mV a través de la resistencia de emisor, más 750 mV más o menos para la caída B-E, para un total de 1,15 V que necesita estar a través de R1 a plena corriente. Eso significa que disipará 660 mW, por lo que debe ser al menos una resistencia de "1 W".

Cada resistencia de emisor debe ser capaz de disipar con seguridad (4 A) 2 (100 mΩ) = 1,6 W. Deben ser resistencias de al menos "2 W".

Dicho esto, estoy de acuerdo con Wouter en que esta es la forma incorrecta de abordar su problema general. Regular linealmente 12 V para hacer 5 V será más problemático y mucho más derrochador que un conmutador. Sin embargo, la verdadera manera de abordar esto es retroceder unos niveles y repensar a nivel del sistema. Hacer funcionar un montón de cosas de alta corriente a 5 V desde una batería de 12 V tiene poco sentido. Deberías ser capaz de encontrar motores que funcionen a 12 V, en realidad más fácilmente que los que funcionan a 5 V a este nivel de potencia. Entonces sólo tienes que proporcionar 5 V para la lógica de control, que controla los interruptores que permiten la alimentación de los dispositivos de 12 V. O puedes seguir utilizando dispositivos de 5 V con un accionamiento PWM adecuado, de modo que enciendas y apagues los 12 V lo suficientemente rápido como para que los dispositivos sólo vean la media de 5 V.

Debe haber varias buenas opciones a nivel de sistema, ninguna de las cuales incluye el desperdicio de 70 W como calor para hacer funcionar motores de 5 V desde 12 V.

Describí cómo hacer un regulador lineal de mayor corriente a partir de uno existente y algún transistor externo para documentar cómo hacerlo bien, pero esto no debería ser realmente parte de tu solución global.

Answer 2

Una serie de observaciones, en orden aproximado de importancia:

• ¿por qué necesitas 10A a 5V? Si quieres tener una sensación de calor, ¡enciende una vela!
• si realmente necesitas 10A a 5V, ¿por qué crearlo a partir de 12V (que ahora debe suministrar esos mismos 10A)? (¡Toma una fuente de alimentación de PC!)
• si realmente quieres hacer 5V/10A a partir de 12V, ¿por qué no construir una fuente de alimentación conmutada? Probablemente costará menos que el enorme disipador que necesitas ahora. (Estoy a favor de los lineales para pequeñas corrientes, pero esto es ridículo).
• Si realmente quieres un regulador lineal de 10A 12V->5V, no uses este circuito. El desbordamiento térmico es un problema. No tiene limitación de corriente. ¿Y cuál crees que será la tensión de salida? (comprueba el Vbe de un TIP35 a unos pocos A). Has intentado compensar con ese diodo, pero no creo que sea suficiente. O estable.

Si realmente ^ 4 quieres construir algo así: hay circuitos estándar para esto que utilizan un transistor de potencia PNP, o varios con resistencias de equilibrio de carga.

Una de las ideas que tienes es que será más fácil enfriar el sistema con múltiples transistores, porque sus Rth j-c ( 1 C/W cada uno) están en paralelo. Para TIP35 (con 70 W y 140C de diferencia de temperatura) necesitarías un Rth total de 2C/W, por lo tanto un disipador de 1C/W. Con 3 en paralelo necesitarías un disipador de 1,6C/W. Sigue siendo grande, pero no tanto como un 1C/W. (Ten en cuenta que en la práctica 140C puede ser demasiado alto, así que necesitarás un 1C/W de todos modos).

\================================================

Con la información añadida:

• Será un robot bastante "caliente" ;)
• Yo usaría un 7805 (o más de uno) para la inteligencia, o un conmutador si consume mucha corriente (¿qué llevas, un servidor blade?)
• LO MÁS IMPORTANTE: para las cosas de alimentación, intenta conseguir versiones de 12V, o utiliza PWM.
• excepto para los steppers, para los que se utilizan los 12V directamente y se utilizan accionamientos de corriente constante (o un equivalente PWM). Esto le dará un mejor par motor.
• A tu nivel estimado de conocimientos de electrónica, te recomiendo que compres un módulo DC-DC en lugar de construirlo (desde luego, yo no intentaría diseñar y construir uno)
• otra opción: utilizar una pila de 6V para el material de alimentación de 5V.

Answer 3

El desbordamiento térmico, que está mal con él. Asumes erróneamente que los transistores son iguales, pero en la práctica no lo son.

El transistor que lleva un poco más de corriente se calentará un poco más que los otros, lo que hará que aumente su corriente y se caliente más. Un transistor acabará soportando la mayor parte de la carga.

Para solucionarlo, puedes añadir pequeñas resistencias de emisor que provocarán una retroalimentación e igualarán las corrientes a través de las ramas.

Answer 4

Prefiero un conmutador a un regulador lineal que funcione tan caliente que no puedas tocarlo, pero no he podido encontrar ningún regulador buck en un paquete de agujeros pasantes con las especificaciones que necesitas (12v a 5v @ 10A). Todo lo disponible parece ser de montaje superficial, en paquetes que son definitivamente poco amigables para trabajar (pines ocultos en la parte inferior, QFN y tal).

No sé cuál es tu presupuesto, pero encontré este convertidor DC-DC de 12v a 5v que hará 10A. (La entrada puede oscilar entre 10v y 14v).

Cuesta menos de 15 dólares en Digi-Key, mucho mejor que el anterior que encontré (65 dólares).

Answer 5

1. Si vas a insistir en usar TIP-35s, al menos usa el voltaje más bajo TIP35A - 60VDC o TIP35B - 80VDC. Ya que estás usando sólo 12 voltios, yo recomendaría el 35A. Eso al menos se traducirá en un Vbe más bajo y sigue siendo 5 veces la tensión de alimentación que estás utilizando.
2. Dicho esto, la mejor opción sería la versión PNP: el TIP36A. Utilice el esquema suministrado por @Olin.
3. @tcrosley, el regulador SIP que mencionas sólo puede hacer 10A MAX. Necesitaría al menos 2 de esos mínimo y 3 para obtener el 100% de sobrecarga.