Régulateur à courant élevé de 5 volts


14

S'agit-il d'un circuit valide pour un régulateur à courant élevé de 12 à 5 volts? J'ai besoin d'environ 10 ampères. Les TIP auront un dissipateur de chaleur massif.

Schématique

La source est une batterie de voiture montée sur cet énorme robot truc R2D2. TheraBot


1
ce ne serait pas valable dans mon livre mais qu'est-ce que cela signifie pour vous?
Andy aka

Comme dans, qu'est-ce qui ne va pas?
Pål Thingbø

1
Emballement thermique, c'est faux. Vous supposez à tort que les transistors sont égaux, mais en pratique ils ne le sont pas.
jippie

Le TIP35C est un transistor 125W 25A. La chute de 7V à 10A ne fait que 70W. Je pense qu'un devrait suffire.
Kamil

1
Si j'utilise 3 TIP, avec une résistance d'émetteur ajoutée, ce sera plus facile de refroidir le système? (car chaque TIP produira environ 20W)
Pål Thingbø

Réponses:


16

Ce n'est pas la bonne topologie pour utiliser des transistors pour augmenter le courant d'un régulateur linéaire. Voici comment cela se fait en utilisant un seul transistor pour fournir plus de courant:

Cela maintient toujours la tension de sortie bien régulée. Dans votre circuit, la chute BE des transistors fera baisser la tension de sortie.

Aux faibles courants, il y a peu de tension à travers R1, donc Q1 reste éteint. Lorsque le courant de charge augmente, la tension à travers R1 augmente, ce qui active Q1, ce qui transfère plus de courant sur la sortie. Le régulateur est toujours en train de réguler, mais le courant à travers il cessera d'augmenter à environ 3/4 Amp dans ce cas, après quoi le transistor prend en charge la majeure partie de la charge supplémentaire.

Un gros transistor de puissance avec un gros dissipateur de chaleur devrait être capable de gérer votre courant de sortie de 10 A. Cependant, si vous souhaitez répartir la chaleur sur plusieurs transistors, vous ne pouvez pas simplement en ajouter plusieurs en parallèle. La façon d'ajouter plus de transistors est de donner à chacun sa propre résistance d'émetteur. Cela fournit une petite rétroaction négative de sorte que si un transistor passe plus que sa part du courant, la tension à travers sa résistance d'émetteur sera plus élevée, ce qui enlèvera sa tension BE, ce qui diminuera le courant à travers la résistance.

Voici un exemple avec 3 transistors externes qui prennent la majeure partie de la charge actuelle, tandis que le régulier fournit la régulation:

C'est fondamentalement la même idée qu'auparavant, mais chaque transistor a sa propre résistance d'émetteur. R1 est également légèrement augmenté pour s'assurer qu'il y a beaucoup de variateur de base disponible pour les trois transistors et pour tenir compte de la chute de tension supplémentaire entre les résistances d'émetteur. Pourtant, R1 est plus grand qu'il ne devrait l'être dans cet exemple. Cependant, vous avez beaucoup de tension disponible, donc laisser tomber un peu plus dans une résistance n'est pas un problème.

Gardez à l'esprit la dissipation des résistances. Disons que pour tenir compte d'un petit déséquilibre et d'une certaine marge, nous voulons que chacun des transistors puisse gérer 4 A. C'est 400 mV à travers la résistance de l'émetteur, plus 750 mV ou plus pour la chute BE, pour un total de 1,15 V qui doit être à travers R1 à pleine intensité. Cela signifie qu'il dissipera 660 mW, il doit donc être au moins comme résistance "1 W".

Chaque résistance d'émetteur doit pouvoir dissiper en toute sécurité (4 A) 2 (100 mΩ) = 1,6 W. Ces résistances doivent être au moins "2 W".

Cela dit, je suis d'accord avec Wouter en ce que c'est la mauvaise façon de résoudre votre problème global. La régulation linéaire de 12 V pour obtenir 5 V sera plus difficile et beaucoup plus inutile qu'un commutateur. Cependant, la vraie façon de résoudre ce problème est de prendre du recul de quelques niveaux et de repenser au niveau du système. Faire fonctionner beaucoup de courant élevé à 5 V à partir d'une batterie de 12 V n'a pas de sens. Vous devriez pouvoir trouver des moteurs qui fonctionnent à 12 V, en fait plus facilement que ceux qui fonctionnent à 5 V à ce niveau de puissance. Il vous suffit alors de fournir 5 V pour la logique de contrôle, qui contrôle les commutateurs qui permettent d'alimenter les appareils 12 V. Ou vous pouvez toujours utiliser des appareils 5 V avec un lecteur PWM approprié afin d'allumer et d'éteindre le 12 V assez rapidement pour que les appareils ne voient que la moyenne de 5 V.

Il devrait y avoir plusieurs bonnes options au niveau du système, dont aucune ne comprend le gaspillage de 70 W sous forme de chaleur pour faire fonctionner des moteurs 5 V à partir de 12 V.

J'ai décrit comment fabriquer un régulateur linéaire à courant plus élevé à partir d'un régulateur existant et d'un transistor externe pour documenter comment le faire correctement, mais cela ne devrait pas vraiment faire partie de votre solution globale.


Notez que R1 peut être beaucoup plus grand car IC1 obtient le courant dont il a besoin des bases et R1 est essentiellement une résistance de coupure pour les transistors. (Je sais que cela sera évident pour vous une fois noté - mais pas nécessairement remarqué en cours de route).
Russell McMahon

8

Un certain nombre de remarques, par ordre d’importance approximatif:

  • pourquoi avez-vous besoin de 10A à 5V? Si vous voulez avoir une sensation de chaleur, allumez une bougie!
  • si vous avez vraiment besoin de 10A à 5V, pourquoi le créer à partir de 12V (qui doit maintenant fournir ce même 10A)? (Prenez une alimentation PC!)
  • si vous voulez vraiment vraiment faire 5V / 10A à partir de 12V, pourquoi ne pas construire une alimentation à découpage? Il coûtera probablement moins cher que le radiateur massif dont vous avez besoin maintenant. (Je suis tous en faveur des linéaires pour les petits courants, mais c'est ridicule.)
  • Si vous voulez vraiment vraiment vraiment mâle à un régulateur linéaire 10A 12V-> 5V, n'utilisez pas ce circuit. L'emballement thermique est un problème. Il n'a pas de limitation de courant. Et selon vous, quelle sera la tension de sortie? (vérifiez le Vbe d'un TIP35 à quelques A). Vous avez essayé de compenser avec cette diode, mais je ne pense pas que ce sera suffisant. Ou stable.

Si vous voulez vraiment ^ 4 construire quelque chose comme ça: il existe des circuits standard pour cela qui utilisent un transistor de puissance PNP, ou plusieurs avec des résistances d'équilibrage de charge.

On pense que vous avez raison, il sera plus facile de refroidir le système avec plusieurs transistors, car leurs Rth jc (1 C / W chacun) sont en parallèle. Pour TIP35 (avec une différence de température de 70 W et 140C), vous auriez besoin d'un Rth total de 2C / W, d'où un dissipateur thermique de 1C / W. Avec 3 en parallèle, vous auriez besoin d'un dissipateur thermique de 1,6 C / W. Encore un gros, mais pas aussi gros qu'un 1C / W. (Notez qu'en pratique, 140C peut être trop élevé, vous aurez donc besoin d'un 1C / W de toute façon).

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

Avec les informations ajoutées:

  • Ce sera un robot assez «chaud»;)
  • J'utiliserais un 7805 (ou plus d'un) pour l'intelligence, ou un commutateur s'il utilise trop de courant (que portez-vous, un serveur lame?)
  • LE PLUS IMPORTANT: pour l'alimentation, essayez d'obtenir des versions 12V ou utilisez PWM.
  • sauf pour les steppers, pour ceux qui utilisent directement le 12V et utilisent des variateurs de courant constant (ou un équivalent PWM). Cela vous donnera un meilleur couple.
  • À votre niveau estimé de connaissances en électronique, je recommande d'acheter un module DC-DC plutôt que d'en construire un (je n'essaierais certainement pas d'en concevoir et d'en construire un)
  • une autre option: utilisez une batterie 6V pour l'alimentation 5V.

J'ai besoin de cela sur un robot avec beaucoup de matériel 5V; servos, steppers, microprocesseurs, vidéo, etc., etc. La source 12V est une batterie de voiture. J'ai maintenant ce circuit avec 2A, mais le TIP devient très chaud, même avec un énorme dissipateur de chaleur. Je vais vérifier une alimentation de commutation. Des pointeurs?
Pål Thingbø

Alors, pourrais-je opter pour quelque chose comme ça: linear.com/product/LTM4641
Pål Thingbø

@ PålThingbø cela vaut certainement la peine d'avoir une alimentation électrique différente pour vos microprocesseurs par rapport à vos actionneurs, cela peut même valoir la peine d'avoir disons 5 alimentations 2A pour vos actionneurs plutôt qu'un 10A si aucun ne prend plus de 2A.
Pete Kirkham

Les choses 5V sont des microprocesseurs (cinq d'entre eux tirant chacun environ 500mA), des servos (je ne sais pas encore combien), environ 30 capteurs différents (ultrasons, PIR, IR, etc.), une caméra HD, une caméra à transformée de Fourier ( détection des changements de couleur) et certains autres appareils mineurs. Le problème c'est l'espace, je ne peux pas avoir plus de choses sur mon robot.
Pål Thingbø

2
@ PålThingbø "Le problème est l'espace, je ne peux pas avoir plus de choses sur mon robot." Une alimentation à découpage est plus petite que le dissipateur thermique requis.
jippie

5

Emballement thermique, c'est faux. Vous supposez à tort que les transistors sont égaux, mais en pratique ils ne le sont pas.

Le transistor qui transporte un peu plus de courant se réchauffera légèrement plus que les autres, ce qui augmentera davantage son courant et se réchauffera davantage. Un transistor finira par prendre la majorité de la charge.

Pour résoudre ce problème, vous pouvez ajouter de petites résistances d'émetteur qui provoqueront un retour et égaliseront les courants à travers les branches.


Comme c'est petit? 1 ohm?
Pål Thingbø

Faites des calculs. À 3A, quelle tension (supplémentaire) ces résistances de 1 Ohm vont-elles chuter?
Wouter van Ooijen

Je suis d'accord que le circuit d'Olin est encore une meilleure option que d'essayer de réparer l'original avec des résistances supplémentaires.
jippie

5

Je préfère un sélecteur à un régulateur linéaire fonctionnant si chaud que vous ne pouvez pas le toucher, mais je n'ai trouvé aucun régulateur Buck dans un boîtier traversant avec les spécifications dont vous avez besoin (12v à 5v @ 10A). Tout ce qui est disponible semble être monté en surface, dans des boîtiers qui sont vraiment hostiles à travailler (broches cachées en bas, QFN et autres).

Je ne sais pas quel est votre budget, mais j'ai trouvé ce convertisseur DC-DC 12v à 5v qui fera 10A. (L'entrée peut en fait varier de 10 V à 14 V.)

entrez la description de l'image ici

Coûte moins de 15 $ chez Digi-Key, bien meilleur que le précédent que j'ai trouvé (65 $).


Le lien ne fonctionne pas.
Pål Thingbø

@ PålThingbø fixed
tcrosley

Merci. Je suis allé pour cela: digikey.com/product-search/… . Même prix, plus d'options.
Pål Thingbø

La carte que vous avez trouvée est en fait une carte d'évaluation, qui est destinée aux ingénieurs pour évaluer un CI particulier avant de l'incorporer dans un produit, c'est pourquoi il a tant d'options. L'un ou l'autre (le produit que j'ai recommandé ou celui-ci) contourne le problème d'avoir à traiter directement avec un circuit intégré de commutateur de montage en surface.
tcrosley

3
@ PålThingbø - J'ai trouvé un autre forum qui fait la même chose pour moins de 15 $ et j'ai révisé ma réponse. Accord sur le tabagisme. Non, en fait non, c'est ce que nous essayons d'éviter. :)
tcrosley

1
  1. Si vous allez insister pour utiliser des TIP-35, utilisez au moins la tension inférieure TIP35A - 60VDC ou TIP35B - 80VDC. Comme vous n'utilisez que 12 volts, je recommanderais le 35A. Cela se traduira au moins par un Vbe inférieur et c'est toujours 5 fois la tension d'alimentation que vous utilisez.
  2. Cela dit, le meilleur choix serait la version PNP - le TIP36A. Utilisez le schéma fourni par @Olin.
  3. @tcrosley, le régulateur SIP que vous avez mentionné ne peut faire que 10A MAX. Il lui faudrait au moins 2 de ces minimum et 3 pour obtenir 100% de surpuissance.
En utilisant notre site, vous reconnaissez avoir lu et compris notre politique liée aux cookies et notre politique de confidentialité.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.