Regulador de alta corriente de 5 voltios

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

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

Esa no es la topología correcta para usar transistores para aumentar la corriente de un regulador lineal. Así es como se hace usando un solo transistor para proporcionar más corriente:

Esto todavía mantiene el voltaje de salida bien regulado. En su circuito, la caída BE de los transistores hará que el voltaje de salida sea más bajo.

A bajas corrientes, hay poca tensión en R1, por lo que Q1 permanece apagado. Cuando aumenta la corriente de carga, aumenta el voltaje a través de R1, que activa Q1, que descarga más corriente en la salida. El regulador todavía está regulando, pero la corriente a través de él dejará de aumentar a alrededor de 3/4 Amp 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 su corriente de salida de 10 A. Sin embargo, si desea distribuir el calor a través de múltiples transistores, no puede simplemente agregar más de ellos en paralelo. La forma de agregar más transistores es dar a cada uno su propia resistencia de emisor. Esto proporciona una pequeña 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 mayor, lo que se reducirá de su voltaje BE, 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 actual, mientras que el regular proporciona la regulación:

Esta es básicamente la misma idea que antes, pero cada transistor tiene su propia resistencia de emisor. R1 también se incrementa un poco para asegurarse de que haya suficiente unidad base disponible para los tres transistores, y para tener en cuenta la caída de voltaje adicional a través de las resistencias del emisor. Aún así, R1 es más grande de lo que debe ser en este ejemplo. Sin embargo, tiene un montón de voltaje de altura libre disponible, por lo que dejar caer un poco más en una resistencia no es un problema.

Tenga en cuenta la disipación de las resistencias. Supongamos que para tener en cuenta un pequeño desequilibrio y un cierto margen, queremos que cada transistor pueda manejar 4 A. Eso es 400 mV a través de la resistencia del emisor, más 750 mV más o menos para la caída BE, para un total de 1.15 V que necesita estar al otro lado de R1 a plena corriente. Eso significa que se disipará 660 mW, por lo que debe ser al menos como resistencia de "1 W".

Cada resistencia de emisor debe ser capaz de disipar de forma segura (4 A) ² (100 mΩ) = 1.6 W. Estas deben ser al menos resistencias de "2 W".

Dicho todo esto, estoy de acuerdo con Wouter en que esta es la forma incorrecta de abordar su problema general. La regulación lineal de 12 V para hacer 5 V será más problemática y mucho más derrochadora que un conmutador. Sin embargo, la forma real de abordar esto es retroceder algunos niveles y repensar a nivel del sistema. Ejecutar muchas cosas de alta corriente a 5 V con una batería de 12 V tiene poco sentido. Debería poder encontrar motores que funcionen a 12 V, en realidad más fácilmente que los que funcionan a 5 V a este nivel de potencia. Entonces solo necesita proporcionar 5 V para la lógica de control, que controla los interruptores que permiten la alimentación de los dispositivos de 12 V. O bien, aún puede usar dispositivos de 5 V con una unidad PWM adecuada para encender y apagar los 12 V lo suficientemente rápido como para que los dispositivos solo vean el promedio de 5 V.

Debería haber varias buenas opciones a nivel del 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 algunos transistores externos para documentar cómo hacerlo correctamente, pero esto no debería ser realmente parte de su solución general.

Una serie de observaciones, en orden aproximado de importancia:

• ¿Por qué necesitas 10A a 5V? Si quieres tener una sensación cálida, ¡enciende una vela!
• si realmente necesita 10A a 5V, ¿por qué crearlo a partir de 12V (que ahora debe suministrar ese mismo 10A)? (¡Toma una fuente de alimentación para PC!)
• Si realmente quiere hacer 5V / 10A de 12V, ¿por qué no construir una fuente de alimentación conmutada? Probablemente costará menos que el disipador térmico masivo que necesita ahora. (Estoy totalmente a favor de los lineales para pequeñas corrientes, pero esto es ridículo).
• Si realmente quiere conectar un regulador lineal de 10 A a 12 V-> 5 V, no use este circuito. La fuga térmica es un problema. No tiene limitación de corriente. ¿Y cuál crees que será el voltaje de salida? (verifique el Vbe de un TIP35 en algunas A). Intentaste compensar con ese diodo, pero no creo que sea suficiente. O estable.

Si realmente desea construir algo como esto: hay circuitos estándar para esto que usan un transistor de potencia PNP, o múltiples con resistencias de equilibrio de carga.

Una idea que acertó es que será más fácil enfriar el sistema con múltiples transistores, porque su Rth jc (1 C / W cada uno) están en paralelo. Para TIP35 (con 70 W y 140C de diferencia de temperatura) necesitaría un Rth total de 2C / W, por lo tanto, un disipador térmico de 1C / W. Con 3 en paralelo, necesitaría un disipador térmico de 1.6C / W. Todavía es grande, pero no tan grande como 1C / W. (Tenga en cuenta que en la práctica 140C puede ser demasiado alto, por lo que necesitará un 1C / W de todos modos).

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Con la información agregada:

• Ese será un robot bastante 'caliente';)
• Usaría un 7805 (o más de uno) para la inteligencia, o un conmutador si usa demasiada corriente (¿qué llevas, un servidor Blade?)
• MÁS IMPORTANTE: para las cosas de potencia, intente obtener versiones de 12V o use PWM.
• excepto para los steppers, para aquellos que usan los 12V directamente y usan unidades de corriente constante (o un equivalente PWM). Esto te dará un mejor torque.
• A su nivel estimado de conocimiento de electrónica, recomiendo comprar un módulo DC-DC en lugar de construir uno (ciertamente no intentaría diseñar y construir uno)
• Otra opción: usar una batería de 6V para la alimentación de 5V.

Fugitivo termal, eso está mal. Asume 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 demás, lo que aumentará aún más su corriente y se calentará aún más. Un transistor terminará tomando la mayor parte de la carga.

Para resolver esto, puede agregar pequeñas resistencias de emisor que causen retroalimentación y ecualicen las corrientes a través de las ramas.

Prefiero un conmutador a un regulador lineal que funcione tan caliente que no pueda tocarlo, pero no pude encontrar ningún regulador de inversión en un paquete de orificio pasante con las especificaciones que necesita (12v a 5v @ 10A). Todo lo disponible parece estar montado en la superficie, en paquetes que definitivamente no son amigables para trabajar (pines ocultos en la parte inferior, QFN y demás).

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

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

1. Si va a insistir en usar TIP-35, al menos use el voltaje más bajo TIP35A - 60VDC o TIP35B - 80VDC. Como está usando solo 12 voltios, le recomiendo el 35A. Eso al menos se traducirá en un Vbe más bajo y todavía es 5 veces el voltaje de suministro que está utilizando.
2. Dicho esto, la mejor opción sería la versión PNP: el TIP36A. Use el esquema suministrado por @Olin.
3. @tcrosley, el regulador SIP que mencionó solo puede hacer 10A MAX. Necesitaría al menos 2 de esos mínimos y 3 para obtener una exageración del 100%.