Сильноточный регулятор 5 вольт

14

Является ли это допустимой цепью для сильноточного регулятора 12 - 5 В? Мне нужно около 10 ампер. СОВЕТЫ будут иметь массивный радиатор.

схема

Источником является автомобильный аккумулятор, установленный на этом огромном штучном роботе R2D2. TheraBot

Пол Тингбо
источник
1
это не будет действительным в моей книге, но что значит для вас?
Энди ака
Как, в чем дело с этим?
Пол Тингбо
1
Тепловой побег, это не так с ним. Вы ошибочно полагаете, что транзисторы равны, но на практике это не так.
Джиппи
TIP35C - транзистор 125 Вт 25 А. Падение 7В на 10А составляет всего 70 Вт. Я думаю, что этого должно быть достаточно.
Камил
1
Если я использую 3 СОВЕТА с добавленным сопротивлением эмиттера, будет легче охлаждать систему? (так как каждый СОВЕТ будет приносить около 20 Вт)
Пол Тингбо

Ответы:

16

Это неправильная топология для использования транзисторов для увеличения тока линейного регулятора. Вот как это делается с использованием одного транзистора для обеспечения большего тока:

Это по-прежнему хорошо регулирует выходное напряжение. В вашей цепи падение BE транзисторов приведет к снижению выходного напряжения.

При малых токах напряжение на R1 мало, поэтому Q1 остается выключенным. Когда ток нагрузки увеличивается, напряжение на R1 увеличивается, что включает Q1, который сбрасывает больше тока на выход. Регулятор все еще регулирует, но ток через него перестанет увеличиваться примерно на 3/4 А в этом случае, после чего транзистор принимает на себя большую часть дополнительной нагрузки.

Один большой силовой транзистор с большим радиатором должен выдерживать ваш выходной ток 10 А. Однако, если вы хотите распределить тепло по нескольким транзисторам, вы не можете просто добавить их параллельно. Чтобы добавить больше транзисторов, нужно назначить каждому из них собственный эмиттерный резистор. Это обеспечивает небольшую отрицательную обратную связь, так что если транзистор пропускает больше, чем его доля тока, напряжение на его эмиттерном резисторе будет выше, что отнимет его напряжение BE, что уменьшит ток через резистор.

Вот пример с 3 внешними транзисторами, которые принимают большую часть текущей нагрузки, в то время как постоянный обеспечивает регулирование:

По сути, это та же идея, что и раньше, но каждый транзистор имеет собственный эмиттерный резистор. R1 также немного увеличен, чтобы обеспечить достаточное количество базовых дисков для всех трех транзисторов и учесть дополнительное падение напряжения на эмиттерных резисторах. Тем не менее, R1 больше, чем нужно в этом примере. Тем не менее, у вас достаточно запаса по напряжению, поэтому падение напряжения на резисторе не проблема.

Помните о рассеивании резисторов. Скажем, для учета небольшого дисбаланса и некоторого запаса, мы хотим, чтобы каждый транзистор мог выдерживать 4 А. Это составляет 400 мВ на резисторе эмиттера, плюс 750 мВ или около того для падения BE, в общей сложности 1,15 V, который должен быть через R1 при полном токе. Это означает, что он рассеивает 660 мВт, поэтому он должен быть как минимум резистором 1 Вт.

Каждый эмиттерный резистор должен быть в состоянии безопасно рассеивать (4 A) 2 (100 мОм) = 1,6 Вт. Это должны быть резисторы не менее 2 Вт.

Все это говорит, я согласен с Wouter в том, что это неправильный способ решения вашей общей проблемы. Линейное регулирование до 12 В для получения 5 В будет более трудным и намного более расточительным, чем переключение. Однако реальный способ решить эту проблему - отступить на несколько уровней и переосмыслить на системном уровне. Работать с большим током при напряжении 5 В от батареи 12 В бессмысленно. Вы должны быть в состоянии найти двигатели, которые работают на 12 В, на самом деле легче, чем те, которые работают на 5 В на этом уровне мощности. Тогда вам нужно только обеспечить 5 В для логики управления, которая управляет переключателями, которые обеспечивают питание для устройств 12 В. Или же вы все еще можете использовать устройства 5 В с надлежащим ШИМ-приводом, чтобы включать и выключать 12 В достаточно быстро, чтобы устройства видели только среднее значение 5 В.

На системном уровне должно быть несколько хороших вариантов, ни один из которых не предусматривает затрат тепла 70 Вт на работу двигателей 5 В от 12 В.

Я описал, как сделать линейный регулятор с более высоким током из существующего и некоторого внешнего транзистора, чтобы документально подтвердить, как это сделать правильно, но это не должно быть частью вашего общего решения.

Олин Латроп
источник
Обратите внимание, что R1 может быть намного больше, поскольку IC1 получает тот ток, который ему необходим от баз, а R1 по существу является резистором отключения для транзисторов. (Я знаю, что это будет очевидно для вас, как только заметили - просто не обязательно заметили по пути).
Рассел МакМахон
8

Ряд замечаний в приблизительном порядке значимости:

  • зачем тебе 10А на 5В? Если вы хотите почувствовать тепло, зажгите свечу!
  • если вам действительно нужно 10А при 5В, зачем создавать его от 12В (которое теперь должно обеспечивать те же 10А)? (Возьми ПК БП!)
  • если вы действительно хотите сделать 5В / 10А из 12В, почему бы не построить импульсный источник питания? Это, вероятно, будет стоить меньше, чем массивный радиатор, который вам нужен сейчас. (Я все в пользу линейных линий для малых токов, но это смешно.)
  • Если вы действительно очень хотите использовать линейный регулятор 12 В -> 5 В на 10 А, не используйте эту схему. Тепловой побег является одной из проблем. У него нет текущих ограничений. А как вы думаете, какое будет выходное напряжение? (проверьте Vbe TIP35 через несколько A). Вы пытались компенсировать этот диод, но я не думаю, что этого будет достаточно. Или стабильный.

Если вы действительно хотите построить что-то вроде этого: есть стандартные схемы для этого, которые используют силовой транзистор PNP, или несколько схем с резисторами балансировки нагрузки.

Одна мысль, которую вы поняли правильно, состоит в том, что будет проще охлаждать систему несколькими транзисторами, потому что их Rth jc (1 C / W каждый) расположены параллельно. Для TIP35 (с разницей температур 70 Вт и 140 ° С) вам потребуется общая Rth 2 ° С / Вт, следовательно, радиатор 1 ° С / Вт. При параллельном подключении 3 вам потребуется радиатор 1,6C / W. Все еще большой, но не такой большой, как 1C / W. (Обратите внимание, что на практике 140C может быть слишком высоким, поэтому вам все равно понадобится 1C / W).

================================================

С добавленной информацией:

  • Это будет довольно "горячий" робот;)
  • Я бы использовал 7805 (или более одного) для разведки или коммутатор, если он потребляет слишком много тока (что вы несете, блейд-сервер?)
  • НАИБОЛЕЕ ВАЖНО: для питания попробуйте получить версии на 12 В или используйте ШИМ.
  • за исключением шаговых двигателей, для тех, которые используют напряжение 12 В и используют приводы постоянного тока (или эквивалентные ШИМ). Это даст вам лучший крутящий момент.
  • На вашем приблизительном уровне знаний в области электроники я рекомендую покупать модуль DC-DC, а не собирать его (я бы, конечно, не пытался спроектировать и построить его)
  • другой вариант: используйте батарею 6 В для питания 5 В.
Воутер ван Оойен
источник
Мне нужно это на роботе с большим количеством 5V передач; сервоприводы, степперы, микропроцессоры, видео и т. д. и т. д. Источник 12 В - автомобильный аккумулятор. Сейчас эта схема работает на 2А, но СОВЕТ очень сильно нагревается, даже с огромным радиатором. Я проверю импульсный источник питания. Есть указатели?
Пол Тингбо
Так что я могу пойти на что-то вроде этого: linear.com/product/LTM4641
Пол Thingbø
@ PålThingbø, безусловно, стоит иметь другой источник питания для ваших микропроцессоров, чем ваши исполнительные механизмы, может даже стоить, скажем, 5 2 A питания для ваших приводов, а не 10 A, если ни один из них не потребляет больше 2 A.
Пит Киркхам,
К 5 В относятся микропроцессоры (по пять на каждый по 500 мА), сервоприводы (пока не знаю, сколько), около 30 различных датчиков (ультразвуковой, ИК, ИК и т. Д.), HD-камера, камера с преобразованием Фурье ( обнаружение изменений цвета) и некоторые другие мелкие устройства. Проблема в космосе, я не могу иметь больше вещей на своем роботе.
Пол Тингбо
2
@ PålThingbø «Проблема в космосе, я не могу иметь больше вещей на своем роботе». Импульсный источник питания меньше необходимого радиатора.
Джиппи
5

Тепловой побег, это не так с ним. Вы ошибочно полагаете, что транзисторы равны, но на практике это не так.

Транзистор, несущий немного больший ток, будет нагреваться немного больше, чем другие, что приведет к дальнейшему увеличению его тока и дальнейшему нагреву. Один транзистор в конечном итоге принимает большую часть нагрузки.

Чтобы решить эту проблему, вы можете добавить небольшие эмиттерные резисторы, которые будут вызывать обратную связь и выравнивать токи через ветви.

jippie
источник
Как маленький? 1 Ом?
Пол Тингбо
Сделай математику. На 3А, какое (дополнительное) напряжение упадут эти резисторы на 1 Ом?
Ваутер ван Ойджен
Я согласен, что схема Олина - даже лучший вариант, чем пытаться исправить оригинал дополнительными резисторами.
Джиппи
5

Я предпочитаю переключение линейному регулятору, работающему так горячо, что вы не сможете его прикоснуться, но я не смог найти ни одного понижающего регулятора в пакете со сквозным отверстием с нужными вам характеристиками (от 12 В до 5 В при 10 А). Похоже, все доступное для поверхностного монтажа в пакетах, с которыми определенно недружелюбно работать (контакты, спрятанные внизу, QFN и т. Д.).

Я не знаю, каков ваш бюджет, но я нашел этот преобразователь постоянного тока 12В в 5В, который будет работать 10А. (На самом деле вход может варьироваться от 10 до 14 В.)

введите описание изображения здесь

В Digi-Key стоит меньше 15 долларов , что намного лучше, чем в предыдущем, который я нашел (65 долларов).

tcrosley
источник
Ссылка не работает.
Пол Тингбо
@ PålThingbø исправлено
tcrosley
Благодарю. Я пошел на это: digikey.com/product-search/… . Та же цена, больше вариантов.
Пол Тингбо
Плата, которую вы нашли, на самом деле является оценочной платой, которая предназначена для инженеров, чтобы использовать ее для оценки конкретной микросхемы до ее включения в продукт, поэтому у нее так много вариантов. Любой из них (продукт, который я рекомендовал или этот) решает проблему необходимости иметь дело непосредственно с микросхемой переключателя поверхностного монтажа.
tcrosley
3
@ PålThingbø - я нашел другую доску, которая делает то же самое за менее чем 15 долларов, и пересмотрел свой ответ. Курение Нет, на самом деле нет, это то, что мы пытаемся избежать. :)
tcrosley
1
  1. Если вы собираетесь настаивать на использовании TIP-35, по крайней мере используйте более низкое напряжение TIP35A - 60 В постоянного тока или TIP35B - 80 В постоянного тока. Поскольку вы используете только 12 вольт, я бы рекомендовал 35А. Это, по крайней мере, приведет к снижению Vbe, и это все еще в 5 раз превышает напряжение питания, которое вы используете.
  2. Сказав это, лучшим выбором будет версия PNP - TIP36A. Используйте схему, предоставленную @Olin.
  3. @tcrosley, упомянутый вами регулятор SIP может делать только 10А МАКС. Ему понадобится как минимум 2 из этих минимумов и 3, чтобы получить 100% перебор.
Ли Компьютерщик
источник