Regulador de alta voltagem de 5 volts

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Este é um circuito válido para o regulador de alta corrente de 12 a 5 volts? Preciso de aproximadamente 10 amperes. As DICA terão um enorme dissipador de calor.

Esquemático

A fonte é uma bateria de carro montada neste enorme robô R2D2. TheraBot

Pål Thingbø
fonte
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não seria válido em meu livro, mas o que válido significa para você?
Andy aka
Como, o que há de errado nisso?
Pål Thingbø
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Fuga térmica, isso está errado. Você supõe erroneamente que os transistores são iguais, mas na prática eles não são.
Jipie # 10/14
TIP35C é um transistor de 125W 25A. Deixar cair 7V em 10A é apenas 70W. Eu acho que um deve ser suficiente.
Kamil
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Se eu usar 3 dicas, com resistência ao emissor adicionada, será mais fácil resfriar o sistema? (como cada TIP renderão aproximadamente 20W)
Pål Thingbø

Respostas:

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Essa não é a topologia correta para o uso de transistores para aumentar a corrente de um regulador linear. Aqui está como é feito usando um único transistor para fornecer mais corrente:

Isso ainda mantém a tensão de saída bem regulada. No seu circuito, a queda BE dos transistores reduzirá a tensão de saída.

Em correntes baixas, há pouca tensão em R1, então Q1 permanece desligado. Quando a corrente de carga aumenta, a tensão em R1 aumenta, ativando Q1, que despeja mais corrente na saída. O regulador ainda está regulando, mas a corrente através dele deixará de aumentar em torno de 3/4 A neste caso, após o qual o transistor assume a maior parte da carga adicional.

Um grande transistor de potência com um grande dissipador de calor deve poder suportar sua corrente de saída de 10 A. No entanto, se você deseja espalhar o calor por vários transistores, não pode simplesmente adicionar mais deles em paralelo. A maneira de adicionar mais transistores é fornecer a cada um o seu próprio resistor emissor. Isso fornece um pequeno feedback negativo, de modo que, se um transistor estiver passando mais do que sua parte da corrente, a tensão no resistor emissor será maior, o que diminuirá a tensão do BE, o que diminuirá a corrente no resistor.

Aqui está um exemplo com 3 transistores externos que absorvem a maior parte da carga atual, enquanto o regular está fornecendo a regulação:

Esta é basicamente a mesma idéia de antes, mas cada transistor possui seu próprio resistor emissor. O R1 também foi aumentado um pouco para garantir que haja uma abundância de acionamento básico disponível para os três transistores e para compensar a queda de tensão adicional nos resistores de emissor. Ainda assim, R1 é maior do que precisa neste exemplo. No entanto, você tem bastante tensão disponível, portanto, deixar um pouco mais de resistor não é problema.

Lembre-se da dissipação dos resistores. Digamos que, para explicar um pouco de desequilíbrio e alguma margem, queremos que cada transistor seja capaz de lidar com 4 A. Isso é 400 mV no resistor do emissor, mais 750 mV ou mais na queda de BE, para um total de 1,15 V que precisa atravessar R1 na corrente máxima. Isso significa que ele dissipará 660 mW, por isso precisa ser pelo menos como resistor de "1 W".

Cada resistor emissor deve ser capaz de dissipar com segurança (4 A) 2 (100 mΩ) = 1,6 W. Esses devem ser pelo menos resistores de "2 W".

Tudo isso dito, eu concordo com Wouter no sentido de que esta é a maneira errada de resolver seu problema geral. A regulagem linear de 12 V para produzir 5 V será mais problemática e muito mais dispendiosa do que um comutador. No entanto, a maneira real de resolver isso é recuar alguns níveis e repensar no nível do sistema. Executar muitas coisas de alta corrente a 5 V a partir de uma bateria de 12 V faz pouco sentido. Você deve encontrar motores que funcionem a 12 V, na verdade com mais facilidade do que aqueles que operam a 5 V nesse nível de potência. Você precisará fornecer apenas 5 V para a lógica de controle, que controla comutadores que habilitam energia para os dispositivos de 12 V. Ou ainda é possível usar dispositivos de 5 V com uma unidade PWM adequada para ligar e desligar os 12 V com rapidez suficiente para que os dispositivos vejam apenas a média de 5 V.

Deve haver várias boas opções no nível do sistema, nenhuma das quais inclui desperdiçar 70 W como calor para acionar motores de 5 V a partir de 12 V.

Descrevi como criar um regulador linear de corrente mais alta a partir de um transistor externo e de algum transistor externo para documentar como fazê-lo corretamente, mas isso não deve realmente fazer parte da sua solução geral.

Olin Lathrop
fonte
Observe que R1 pode ser muito maior, pois o IC1 obtém a corrente necessária das bases e o R1 é essencialmente um resistor de desligamento para transistores. (Eu sei que isso será óbvio para você uma vez observado - mas não necessariamente percebido ao longo do caminho).
Russell McMahon
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Várias observações, em ordem aproximada de importância:

  • por que você precisa de 10A em 5V? Se você deseja ter uma sensação de calor, acenda uma vela!
  • se você realmente precisa de 10A a 5V, por que criá-lo a partir de 12V (que agora deve fornecer os mesmos 10A)? (Pegue um PSU para PC!)
  • se você realmente quer produzir 5V / 10A a partir de 12V, por que não construir uma fonte de alimentação comutada? Provavelmente custará menos do que o enorme dissipador de calor que você precisa agora. (Sou totalmente a favor das linhas lineares para pequenas correntes, mas isso é ridículo.)
  • Se você realmente deseja conectar um regulador linear de 10A a 12V -> 5V, não use este circuito. Fugitivo térmico é um problema. Não possui limite de corrente. E qual você acha que será a tensão de saída? (verifique o Vbe de um TIP35 em alguns A's). Você tentou compensar com esse diodo, mas acho que não será suficiente. Ou estável.

Se você realmente deseja criar algo parecido com isto: existem circuitos padrão para isso que usam um transistor de potência PNP ou vários com resistores de balanceamento de carga.

Alguém acha que você acertou é que será mais fácil resfriar o sistema com vários transistores, porque seus Rth jc (1 C / W cada) estão em paralelo. Para o TIP35 (com diferença de temperatura de 70 W e 140C), seria necessário um Rth total de 2C / W, portanto, um dissipador de calor de 1C / W. Com 3 em paralelo, você precisaria de um dissipador de calor de 1.6C / W. Ainda é grande, mas não tão grande quanto 1C / W. (Observe que, na prática, o 140C pode ser muito alto, portanto, você precisará de 1C / W de qualquer maneira).

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Com as informações adicionadas:

  • Esse será um robô bem 'quente';)
  • Eu usaria um 7805 (ou mais de um) para a inteligência, ou um comutador se ele usar muita corrente (o que você está carregando, um servidor blade?)
  • O MAIS IMPORTANTE: para as coisas de energia, tente obter versões de 12V ou use PWM.
  • exceto para os steppers, aqueles que usam diretamente os 12V e usam inversores de corrente constante (ou um equivalente PWM). Isso lhe dará um torque melhor.
  • No seu nível de conhecimento de eletrônica estimado, recomendo comprar um módulo DC-DC em vez de construir um (certamente não tentaria projetar e construir um)
  • outra opção: use uma bateria de 6V para o material de energia de 5V.
Wouter van Ooijen
fonte
Eu preciso disso em um robô com muitos equipamentos de 5V; servos, steppers, microprocessadores, vídeo, etc. A fonte de 12V é uma bateria de carro. Eu tenho esse circuito trabalhando agora no 2A, mas o TIP fica muito quente, mesmo com um enorme dissipador de calor. Vou verificar uma fonte de comutação. Alguma dica?
Pål Thingbø
Então, eu poderia optar por algo assim: linear.com/product/LTM4641
Pål Thingbø
@ PålThingbø certamente vale a pena ter uma fonte de alimentação diferente para seus microprocessadores e para seus atuadores, pode até valer a pena dizer 5 suprimentos 2A para seus atuadores em vez de um 10A se nenhum deles demorar mais que 2A.
Pete Kirkham
As coisas de 5V são microprocessadores (cinco deles cada um com aproximadamente 500mA), servos (ainda não sabem quantos), cerca de 30 sensores diferentes (ultrassônico, PIR, IR etc.), uma câmera HD, uma câmera de transformação de Fourier ( detecção de alterações de cor) e alguns outros dispositivos menores. O problema é o espaço, não posso ter mais coisas no meu robô.
Pål Thingbø
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@ PålThingbø "O problema é o espaço, não posso ter mais coisas no meu robô." Uma fonte de alimentação comutada é menor que o dissipador de calor necessário.
jippie
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Fuga térmica, isso está errado. Você supõe erroneamente que os transistores são iguais, mas na prática eles não são.

O transistor que transporta um pouco mais de corrente aquece um pouco mais do que os outros, resultando em um aumento adicional da corrente e no aquecimento ainda mais. Um transistor acabará tendo a maior parte da carga.

Para resolver isso, você pode adicionar pequenos resistores de emissor que causarão feedback e equalizarão as correntes nos ramos.

jippie
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Quão pequeno? 1 ohm?
Pål Thingbø
Faça algumas contas. Em 3A, quanta tensão (extra) esses resistores de 1 Ohm caem?
Wouter van Ooijen
Concordo que o circuito de Olin é uma opção ainda melhor do que tentar consertar o original com resistores extras.
jippie
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Prefiro um comutador a um regulador linear funcionando tão quente que você não pode tocá-lo, mas não consegui encontrar nenhum regulador em um pacote com as especificações necessárias (12v a 5v @ 10A). Tudo o que parece disponível parece ser de montagem em superfície, em pacotes definitivamente não amigáveis ​​para trabalhar (pinos ocultos na parte inferior, QFN e outros).

Não sei qual é o seu orçamento, mas encontrei este conversor de 12v para 5v DC-DC que fará 10A. (A entrada pode realmente variar de 10v a 14v.)

insira a descrição da imagem aqui

Custa menos de US $ 15 na Digi-Key, muito melhor que o anterior (US $ 65).

tcrosley
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O link não está funcionando.
Pål Thingbø
@ PålThingbø corrigido
tcrosley
Obrigado. Eu fui para isso: digikey.com/product-search/… . Mesmo preço, mais opções.
Pål Thingbø
A placa que você encontrou é, na verdade, uma placa de avaliação, destinada aos engenheiros para avaliar um determinado IC antes de incorporá-lo a um produto, e é por isso que ele tem tantas opções. Qualquer um deles (o produto que eu recomendei ou esse) contorna o problema de ter que lidar diretamente com um IC do comutador de montagem em superfície.
tcrosley
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@ PålThingbø - Encontrei outro conselho que faz a mesma coisa por menos de US $ 15 e revi minha resposta. Negócio de fumar. Não, na verdade não, é isso que estamos tentando evitar. :)
tcrosley
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  1. Se você insistir em usar o TIP-35s, use pelo menos a tensão mais baixa TIP35A - 60VDC ou TIP35B - 80VDC. Como você está usando apenas 12 Volts, eu recomendaria o 35A. Isso se traduz pelo menos em um Vbe mais baixo e ainda é 5 vezes a tensão de alimentação que você está usando.
  2. Dito isto, a melhor escolha seria a versão PNP - a TIP36A. Use o esquema fornecido pelo @Olin.
  3. @tcrosley, o regulador SIP que você mencionou pode fazer apenas 10A MAX. Ele precisaria de pelo menos 2 desses mínimos e 3 para obter 100% de exagero.
Lee the Geek
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