Aumentando la corriente de un regulador lineal IC

Question

Estoy diseñando un dispositivo que utilizará un paquete de baterías de litio de herramienta común "amarillo" de 20V (que sé que contiene un conjunto de celdas 18650, y en realidad es un paquete de 18V) tanto para sus operaciones internas utilizando un regulador de 5V, como también para producir ~12-14V a alta corriente, quizás 20A. La última es donde tengo una pregunta.

Intento usar un regulador lineal STMicro PB137ACV para mantener un 13.7V constante, pero su corriente máxima clasificada es solo de 1.5A, y necesito quizás 20A a esta tensión.

Mi mejor suposición es usar BJTs (STMicro TIP35) para crear un amplificador de corriente. Específicamente, un par Darlington con BJTs adicionales para incrementar la amplificación de corriente. El esquemático a continuación es lo que tengo hasta ahora:

Obtuve esta idea de ElecCircuit.com en un artículo de Apichet Garaipoom. El concepto parece ser sensato, pero el inglés roto del escritor y la falta de explicación sobre cómo funciona no me dan mucha confianza. Intenté buscar información sobre un "amplificador de corriente BJT," pero no pude encontrar nada como esto.

¿Hará este circuito lo que quiero? ¿Hay una manera mejor (o más apropiada) de obtener ~12-14VDC @ 20A de un paquete de baterías de litio de 18V?

EDICIÓN:

Por favor, no más comentarios que no aborden específicamente la pregunta que se está haciendo. Es inútil y poco profesional juzgar públicamente mi nivel de competencia o habilidad basado solo en la pregunta. Ahora me doy cuenta de que esta es una pregunta estúpida, y me avergüenzo de haberla hecho, pero es demasiado tarde para eliminarla.

Answer 1

¿Existe una forma mejor (o más adecuada) de obtener ~12-14VDC @ 20A de un paquete de baterías de litio de 18V?

Como ya han comentado otros, necesitas un regulador reductor tipo buck como el LT3840:

Este funciona con un suministro de entrada de 15 voltios como mínimo, y necesitas verificar que tu paquete de baterías no baje de 15 voltios cuando la salida de 12 voltios esté en carga. Seguramente habrá otros productos que puedan satisfacer tus necesidades, y de otros fabricantes como Texas Instruments.

Sin embargo, este no es un diseño que se pueda hacer de forma improvisada o en una protoboard. En otras palabras, se necesita extrema cuidado y atención al diseño del PCB y la selección de componentes para que esto funcione con éxito. No es un proyecto para aficionados, pero, siendo justo, tus requisitos me dieron esa impresión de inmediato.

_{Cuando se responde, no solo la persona que hace la pregunta es la audiencia, sino cualquiera que pueda estar leyendo esto, por lo que si hay alguna duda sobre las calificaciones de alguien para entender (o implementar) una solución, probablemente sea buena idea proporcionar advertencias adecuadas. En esta ocasión, estoy advirtiendo específicamente que esta solución no es para principiantes.}

_{Además, si la persona que plantea la pregunta no proporciona <strong>ningún detalle</strong> sobre sus habilidades, calificaciones o experiencias de EE en su página de perfil, entonces es razonable asumir que la persona es un aficionado o principiante y, como tal, se deben dar advertencias apropiadas.}

Answer 2

Si quieres utilizar un regulador de conmutación (altamente recomendado) y no quieres lidiar con el problema de diseñar uno desde cero, puedes encontrar módulos para montar en PCB que se encargan de lo complicado. Todo lo que tienes que agregar son tus conectores preferidos, unos cuantos condensadores, un resistor de ajuste y quizás uno o dos inductores. Si no quieres hacer ningún diseño de PCB en absoluto, hay módulos para montar en chasis que están listos para usar con terminales de tornillo. Sin embargo, a ese nivel de potencia, probablemente serán costosos.

Answer 3

Lo que has dibujado es un esquema común de paralelismo para compartir corriente entre transistores bipolares. Es importante que esos transistores estén operando individualmente dentro de su área de operación segura (SOA) - consulta la hoja de datos para eso. Los transistores bipolares no solo tienen una potencia máxima continua clasificada, sino también un degradación para la corriente del colector a medida que aumenta el voltaje C-E. Eso significa que el límite de potencia disipada disminuye a medida que aumenta el voltaje C-E. En tu caso, el voltaje será <10V, por lo que el SOA puede que no sea un problema - pero siempre verifica eso.

Otro "problema" al paralelizar transistores es que deben mantenerse a la misma temperatura. Es decir: deben estar bien acoplados a un disipador de calor grande.

¿Por qué es importante eso? Porque los transistores calientes acaparan corriente, es decir, roban corriente de otros transistores paralelos que están más fríos. Cuando este acaparamiento es suficiente, se producen huidas térmicas: terminan tomando la mayor parte de la corriente de otros transistores, exceden sus límites de SOA / disipación y se autodestruyen. Cuando eso sucede, generalmente los otros transistores seguirán pronto, ya que ahora llevarán más corriente.

Los Mosfet no tienen ese problema, así que serían una opción más segura aquí.

El mayor problema, por supuesto, es que se trata de un regulador lineal que estará disipando, digamos, 5V a 20A a carga completa. Eso son 100W. Estará desperdiciando 1/3 de la energía almacenada de la batería como calor, y ese calor será difícil de disipar sin un disipador de calor enfriado por aire forzado, o un disipador de calor pasivamente mucho más grande.

La parte LT3840 mencionada en la otra respuesta es una gran parte, pero podrías conseguir un convertidor utilizable con unas pocas partes comunes y de bajo costo, y sería una gran experiencia de aprendizaje diseñarlo tú mismo.

Un convertidor reductor conmutado y rudimentario - con control de modo de voltaje - desperdiciaría relativamente poca potencia en comparación con el regulador lineal. No regularía extremadamente bien, y la salida de "12V" sería, digamos, de grado automotriz, es decir, sufriría transitorios de descarga de carga y caídas de tensión al conectar carga. Pero para muchas aplicaciones es suficiente, y todo el sistema se puede implementar con un mosfet adecuado, un diodo Schottky robusto y un par de bloques de construcción analógicos de los años 70 (un 555, un amplificador operacional y un controlador de compuerta).

Por supuesto, en la práctica moderna, simplemente vas a eBay o Amazon y compras un módulo convertidor DC/DC reductor de las especificaciones adecuadas, ¡y lo tendrás listo en un abrir y cerrar de ojos!

No te olvides del fusible para la batería, ¡a menos que quieras un incendio!