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Seguidor de emisor con par sziklai, ¡calentándose el transistor!

Tengo un chip inalámbrico esp8266 que requiere un voltaje de entrada de 3.3V y puede consumir corriente de hasta 500mA.

Lamentablemente, en este momento no tengo ningún regulador de 3.3V, convertidores buck o alguna fuente de voltaje de 3.3V, así que como medida temporal (hasta que lleguen mis cosas pedidas desde China) hice el siguiente diseño utilizando un divisor de voltaje para limitar el voltaje de salida y un par sziklai para aumentar la corriente de salida:

esquemático

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Ahora estoy usando un montón de LED's en paralelo con resistores de 100 ohmios como carga de prueba, y al consumir solo 40mA, el transistor PNP comenzó a calentarse considerablemente y estoy preocupado de que podría quemarse si consumo más de 100 mA, también me preocupa que la temperatura aumentada pueda cambiar el voltaje de salida considerablemente debido al decrecimiento de VBE según el módulo de Ebers-Moll.

La hoja de datos del 2N3906 dice que la corriente máxima de Ic es de -200mA, ¿por qué se está calentando a 40? y también necesito más del doble de eso para alimentar el chip wifi.

¿Qué puedo hacer para solucionar estos problemas y hacer una fuente de voltaje estable con una salida de 0.5A?

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(1) Calcular la potencia disipada en el transistor usando \$ P = VI \$ o \$ P = \frac {V^2}{R} \$. (2) Verificar que esto esté dentro de las especificaciones para el transistor. (3) Colocar un disipador de calor.

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Podrías usar unos cuantos PNP en paralelo en lugar de solo uno. El 3906 es un BJT de señal pequeña. Además, puede calentarse y funcionar correctamente.

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@Transistor Actualmente solo tengo BJT's, no se pueden colocar disipadores de calor.

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AitorTheRed Puntos 241

Tienes una carga donde deseas \$3.3V_{DC}\$ y una corriente de cumplimiento de hasta \$500mA\$. El diseño es lineal y obtiene su energía de una fuente de \$12V_{DC}\$. No está claro para mí (porque puede que me haya perdido al leerlo, o por otras razones) si se trata de una batería de plomo-ácido que opera en un automóvil o una fuente de alimentación de laboratorio en un banco. Tienes algunas preguntas sobre \$V_{BE}\$ como función de la temperatura y su impacto en el circuito que estás considerando. Tienes un BJT PNP demasiado caliente. Tienes BJTs, no MOSFETs. Actualmente estás utilizando un divisor de resistencia para ajustar tu voltaje de salida.

Permíteme empezar solo pensando en voz alta sobre el diseño que ya muestras. \$Q_2\$ estará suministrando la mayor parte de la corriente. Afortunadamente, no está operando saturado, ya que \$V_{CE} > 1V\$. Por lo tanto, puedes esperar que \$\beta \ge 50\$ para el PNP y una corriente base razonable. Desafortunadamente, no está operando saturado, con \$V_{CE} > 8V\$, por lo que está disipando una cantidad enorme de energía, probablemente más de 4W. Eso probablemente es más de lo que un paquete TO220 pueda manejar bien en el aire. Así que eso es un problema identificado. Recuérdalo para más adelante. \$Q_1\$ simplemente está proporcionando corriente base a \$Q_2\$. Es probable que sea \$I_{C_{Q1}} < 10mA\$. Y afortunadamente, \$Q_1\$ tampoco está operando saturado, por lo que una vez más puedes esperar que \$\beta \ge 80\$ para el NPN y una corriente base muy razonable, probablemente \$I_{B_{Q_1}} \le 150\mu A\$. No es una mala corriente de carga alejada de algo que establece el voltaje (divisor de resistencia). Pero esto se refleja en tu divisor de resistencia, si planeas mantenerlo, en términos de rigidez y necesitas considerar cuidadosamente las implicaciones. (También podrías considerar un zener aquí, por supuesto. Pero me enfocaré en tu divisor de resistencia.)

Entonces, dibujemos un diseño y ignoremos los problemas de calentamiento por ahora. Harías algo como esto:

esquemático

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Bueno, ahí tienes una idea general. Puedes ver una gran potencia en el BJT PNP.

De hecho, no tienes que disipar toda esa potencia en el PNP. Puedes distribuirla en otro lugar, si quieres. Debe ser disipada en algún lugar. Pero puedes insertar una resistencia. Resulta que un buen lugar sería en el pato colector del PNP (el \$V_{CE_{Q1}}\$ permanece igual entonces). Ese PNP solo necesita alrededor de \$2V \le V_{CE} \le 4V\$ para mantener tanto a sí mismo como al NPN fuera de la saturación. Y un paquete TO220 probablemente puede disipar 2W en el aire. Por lo tanto, dividamos la diferencia y supongamos que \$V_{CE_{Q_2}} = 3V\$, para que \$Q_2\$ solo esté consumiendo alrededor de 1.5W, y empujemos el resto en alguna otra resistencia.

El nuevo esquemático se ve así:

esquemático

simula este circuito

\$R_3\$ disipará alrededor de \$3W\$, en el peor de los casos. (El circuito anterior realmente está diseñado para un máximo de \$485mA\$, pero supuse que estarías de acuerdo con eso para obtener un valor de resistencia estándar allí.) \$Q_2\$, como se predijo, consumirá alrededor de \$1.5W\$.

Si la corriente es, digamos, \$250mA\$, ¿qué sucede entonces? Bueno, el BJT PNP extenderá su colector y tendrá que dejar caer otros \$3V\$, para un total de aproximadamente \$6V\$. Pero la corriente ahora es solo de \$250mA\$ también. Entonces seguirá disipando alrededor de \$1.5W\$. La resistencia reducirá su disipación, sin embargo.

En cualquier caso, puedes deshacerte de un NPN de pequeña señal. Solo necesitas conseguir un PNP en un paquete TO220 y estos son bastante baratos y fáciles de conseguir.

La regulación no es tan buena, aún. Después de todo, permitimos un rango de \$200mV\$ para el divisor en los cálculos. Podrías ser aún más estricto con el divisor de resistencia. Pero otra opción sería usar un zener. (De un valor apropiado).

¿De dónde saqué el valor de nodo de 4.025V para el divisor?? Bueno, el BJT NPN es un dispositivo de pequeña señal. Pegado en mi mente está que tienen \$V_{BE} = 0.7V\$ cuando \$I_C = 4mA\$. Así que calculé \$3.3V + V_{BE} = 3.3V + 700mV + 60mV\cdot log10(\frac{10mA}{4mA}) = 4.025V\$ y de ahí proviene el número.

3voto

Autistic Puntos 1846

R2 debería ser un zener de 3V9 o una referencia de voltaje porque su batería de 12V es nominalmente de 12V pero podría ser, por ejemplo, de 14.4V cuando está cargando o de 11.5V cuando está estacionaria si el cableado está suelto. El Zener propuesto mejora la regulación de su línea. El transistor se está calentando debido a la disipación de potencia. Esta disipación de potencia es común a todos los reguladores lineales. Utilice un transistor PNP más potente como un BD140 en un disipador de calor. Si su transistor que se sobrecalienta falla, probablemente se ponga en corto circuito y dañe todo su equipo digital de 3v3. Si coloca una resistencia de, por ejemplo, 6R8 5W en el emisor del transistor PNP, obtendrá algo de protección contra cortocircuitos, lo que hará que el sistema sea más a prueba de errores.

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Kevin Albrecht Puntos 2527

La hoja de datos del 2N3906 dice que la corriente máxima Ic es -200mA, entonces ¿por qué se está calentando a 40? y también necesito más del doble de eso para alimentar el chip wifi.

Respuesta corta:

El calentamiento se debe a la potencia disipada por el transistor que es el producto del voltaje a través y la corriente a través:

$$V_{EC2} = (12 - 3.3)\mathrm{V} = 8.7\mathrm{V} $$

$$I_{C2} = 40\mathrm{mA}$$

$$P_{Q2} \aprox 8.7\mathrm{V} \cdot 40 \mathrm{mA} = 348 \mathrm{mW}$$

Eso no es insignificante. Además, según la hoja de datos del 2N3906, la disipación máxima es \$625\mathrm{mW}\$

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y así, ya has superado la mitad con \$40\mathrm{mA}\$.

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