Regulator 5 volt arus tinggi

14

Apakah ini rangkaian yang valid untuk regulator arus 12 hingga 5 volt saat ini? Saya membutuhkan sekitar 10 amp. TIP akan memiliki heat sink besar-besaran.

Skema

Sumbernya adalah aki mobil yang dipasang pada robot besar R2D2 ini. TheraBot

Pål Thingbø
sumber
1
itu tidak akan valid di buku saya tetapi apa artinya valid bagi Anda?
Andy alias
Seperti apa, ada apa dengan itu?
Pål Thingbø
1
Pelarian termal, itu salah dengan itu. Anda salah menganggap transistor sama, tetapi dalam praktiknya tidak sama.
jippie
TIP35C adalah transistor 25W 25A. Menjatuhkan 7V pada 10A hanya 70W. Saya pikir seseorang harus cukup.
Kamil
1
Jika saya menggunakan 3 TIP, dengan resistensi emitor ditambahkan, akan lebih mudah mendinginkan sistem? (karena masing-masing TIP akan menghasilkan sekitar 20W)
Pål Thingbø

Jawaban:

16

Itu bukan topologi yang tepat untuk menggunakan transistor untuk meningkatkan arus regulator linier. Inilah cara melakukannya dengan menggunakan satu transistor untuk memberikan lebih banyak arus:

Ini masih membuat tegangan output diatur dengan baik. Di sirkuit Anda, BE drop dari transistor akan membuat tegangan output lebih rendah.

Pada arus rendah, ada sedikit tegangan di R1, jadi Q1 tetap mati. Ketika arus beban meningkat, tegangan yang melintasi R1 meningkat, yang menyala Q1, yang mengalirkan lebih banyak arus ke output. Regulator masih mengatur, tetapi arus melalui itu akan berhenti meningkat di sekitar 3/4 Amp dalam hal ini, setelah itu transistor mengambil alih sebagian besar beban tambahan.

Satu transistor daya besar dengan heat sink besar harus mampu menangani arus keluaran 10 A Anda. Namun, jika Anda ingin menyebarkan panas ke beberapa transistor, Anda tidak bisa menambahkan lebih banyak transistor secara paralel. Cara untuk menambah lebih banyak transistor adalah dengan memberikan masing-masing resistor emitornya sendiri. Ini memberikan sedikit umpan balik negatif sehingga jika sebuah transistor melewati lebih dari bagiannya dari arus, tegangan yang melintasi resistor emitornya akan lebih tinggi, yang akan mengambil dari tegangan BE-nya, yang akan mengurangi arus melalui resistor.

Berikut adalah contoh dengan 3 transistor eksternal yang mengambil sebagian besar beban saat ini, sementara yang biasa memberikan peraturan:

Ini pada dasarnya ide yang sama seperti sebelumnya, tetapi masing-masing transistor memiliki emitor resistor sendiri. R1 juga ditingkatkan sedikit untuk memastikan ada banyak base drive yang tersedia untuk ketiga transistor, dan untuk memperhitungkan penurunan tegangan tambahan di resistor emitor. Namun, R1 lebih besar dari yang seharusnya dalam contoh ini. Namun, Anda memiliki banyak voltase ruang kepala yang tersedia, jadi menjatuhkan lebih banyak pada resistor tidak masalah.

Ingatlah selalu disipasi resistor. Katakanlah untuk memperhitungkan sedikit ketidakseimbangan dan margin, kami ingin masing-masing transistor dapat menangani 4 A. Itu adalah 400 mV di resistor emitor, ditambah 750 mV atau lebih untuk penurunan BE, dengan total 1,15 V yang perlu melintasi R1 pada arus penuh. Itu berarti akan menghilang 660 mW, jadi harus setidaknya sebagai resistor "1 W".

Setiap penghambat emitor harus dapat dengan aman melepaskan (4 A) 2 (100 mΩ) = 1,6 W. Ini harus setidaknya resistor "2 W".

Semua ini mengatakan, saya setuju dengan Wouter karena ini adalah cara yang salah untuk mengatasi masalah Anda secara keseluruhan. Dengan mengatur turun 12 V secara linier untuk membuat 5 V akan lebih banyak masalah dan lebih boros daripada switcher. Namun, cara nyata untuk mengatasinya adalah dengan mundur beberapa tingkat dan berpikir ulang di tingkat sistem. Menjalankan banyak hal arus tinggi pada 5 V dari baterai 12 V tidak masuk akal. Anda harus dapat menemukan motor yang berjalan pada 12 V, sebenarnya lebih mudah daripada yang berjalan pada 5 V pada level daya ini. Maka Anda hanya perlu memberikan 5 V untuk logika kontrol, yang mengontrol sakelar yang memungkinkan daya ke perangkat 12 V. Atau Anda masih dapat menggunakan perangkat 5 V dengan drive PWM yang tepat sehingga Anda mengaktifkan dan menonaktifkan 12 V cukup cepat sehingga perangkat hanya melihat rata-rata 5 V.

Seharusnya ada beberapa opsi bagus di level sistem, tidak ada yang termasuk membuang 70 W sebagai panas untuk menjalankan 5 V motor dari 12 V.

Saya menjelaskan bagaimana membuat regulator linier yang lebih tinggi saat ini dari yang sudah ada dan beberapa transistor eksternal untuk mendokumentasikan bagaimana melakukannya dengan benar, tetapi ini seharusnya tidak benar-benar menjadi bagian dari solusi keseluruhan Anda.

Olin Lathrop
sumber
Perhatikan bahwa R1 dapat menjadi jauh lebih besar karena IC1 mendapatkan apa yang dibutuhkan saat ini dari pangkalan dan R1 pada dasarnya adalah resistor belokan untuk transistor. (Saya tahu bahwa itu akan jelas bagi Anda setelah dicatat - hanya saja tidak perlu diperhatikan sepanjang jalan).
Russell McMahon
8

Sejumlah komentar, dengan urutan kepentingan:

  • mengapa Anda perlu 10A pada 5V? Jika Anda ingin mendapatkan perasaan hangat, nyalakan lilin!
  • jika Anda benar-benar membutuhkan 10A pada 5V, mengapa membuatnya dari 12V (yang sekarang harus memasok 10A yang sama)? (Ambil PSU PC!)
  • jika Anda benar-benar ingin membuat 5V / 10A dari 12V, mengapa tidak membangun catu daya switching? Mungkin harganya lebih murah daripada heatsink besar yang Anda butuhkan sekarang. (Saya mendukung Linear untuk arus kecil, tapi ini konyol.)
  • Jika Anda benar-benar benar-benar ingin menggunakan regulator 10A linear 12V-> 5V, jangan gunakan sirkuit ini. Pelarian termal adalah satu masalah. Tidak ada batasan saat ini. Dan menurut Anda apa tegangan outputnya? (periksa Vbe dari TIP35 di beberapa A). Anda mencoba untuk mengkompensasi dengan dioda itu, tetapi saya pikir itu tidak akan cukup. Atau stabil.

Jika Anda benar-benar ingin membangun sesuatu seperti ini: ada sirkuit standar untuk ini yang menggunakan transistor daya PNP, atau banyak yang dengan resistor penyeimbang beban.

Satu yang menurut Anda benar adalah bahwa akan lebih mudah mendinginkan sistem dengan banyak transistor, karena Rth jc (masing-masing 1 C / W) paralel. Untuk TIP35 (dengan perbedaan suhu 70 W dan 140C) Anda membutuhkan Rth total 2C / W, karenanya heatsink 1C / W. Dengan 3 secara paralel Anda membutuhkan heatsink 1.6C / W. Masih besar, tapi tidak sebesar 1C / W. (Perhatikan bahwa dalam praktiknya 140C mungkin terlalu tinggi, jadi Anda tetap membutuhkan 1C / W).

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

Dengan info tambahan:

  • Itu akan menjadi robot yang cukup 'panas';)
  • Saya akan menggunakan 7805 (atau lebih dari satu) untuk intelijen, atau switcher jika menggunakan terlalu banyak arus (apa yang Anda bawa, server blade?)
  • PALING PENTING: untuk hal-hal yang bertenaga, cobalah untuk mendapatkan versi 12V, atau gunakan PWM.
  • kecuali untuk steppers, bagi mereka yang menggunakan 12V secara langsung dan menggunakan drive arus konstan (atau setara PWM). Ini akan memberi Anda torsi yang lebih baik.
  • Pada tingkat pengetahuan elektronik Anda yang saya perkirakan, saya sarankan untuk membeli modul DC-DC daripada membangunnya (saya tentu tidak akan berusaha merancang dan membangunnya)
  • pilihan lain: gunakan baterai 6V untuk hal-hal daya 5V.
Wouter van Ooijen
sumber
Saya membutuhkan ini pada robot dengan banyak gigi 5V; servos, steppers, mikroprosesor, video, dll, dll. Sumber 12V adalah aki mobil. Saya memiliki sirkuit ini bekerja dengan sekarang di 2A, tetapi TIP menjadi sangat panas, bahkan dengan pendingin besar. Aku akan memeriksa persediaan switching. Ada petunjuk?
Pål Thingbø
Jadi saya bisa melakukan sesuatu seperti ini: linear.com/product/LTM4641
Pål Thingbø
@ PålThingbø tentu saja layak memiliki catu daya yang berbeda untuk mikroprosesor Anda ke aktuator Anda, bahkan mungkin layak mengatakan 5 2A pasokan untuk aktuator Anda daripada satu 10A jika tidak satupun dari mereka mengambil lebih dari 2A.
Pete Kirkham
Hal-hal 5V adalah mikroprosesor (lima di antaranya masing-masing menggambar sekitar 500mA), servos (belum tahu berapa banyak), sekitar 30 sensor yang berbeda (ultrasonik, PIR, IR, dll.), Kamera HD, kamera transformasi Fourier ( mendeteksi perubahan warna) dan beberapa perangkat kecil lainnya. Masalahnya adalah ruang, saya tidak bisa memiliki lebih banyak hal pada robot saya.
Pål Thingbø
2
@ PålThingbø "Masalahnya adalah ruang, saya tidak bisa memiliki lebih banyak hal pada robot saya." Catu daya switching lebih kecil dari heat sink yang dibutuhkan.
jippie
5

Pelarian termal, itu salah dengan itu. Anda salah menganggap transistor sama, tetapi dalam praktiknya tidak sama.

Transistor yang membawa sedikit lebih banyak arus akan lebih sedikit lebih hangat daripada yang lain, sehingga meningkatkan arusnya dan semakin meningkat. Satu transistor pada akhirnya akan mengambil sebagian besar beban.

Untuk mengatasi ini, Anda dapat menambahkan resistor emitor kecil yang akan menyebabkan umpan balik dan menyamakan arus di seluruh cabang.

jippie
sumber
Seberapa kecil? 1 ohm?
Pål Thingbø
Lakukan matematika. Pada 3A, berapa banyak tegangan (ekstra) yang akan dijatuhkan oleh resistor 1 Ohm itu?
Wouter van Ooijen
Saya setuju bahwa rangkaian Olin adalah pilihan yang lebih baik daripada mencoba memperbaiki yang asli dengan resistor ekstra.
jippie
5

Saya lebih suka beralih ke regulator linier berjalan begitu panas Anda tidak bisa menyentuhnya, tapi saya tidak bisa menemukan regulator uang dalam paket melalui-lubang dengan spesifikasi yang Anda butuhkan (12v ke 5v @ 10A). Segala sesuatu yang tersedia tampaknya permukaan mount, dalam paket yang pasti tidak ramah untuk bekerja dengan (pin tersembunyi di bagian bawah, QFN dan semacamnya).

Saya tidak tahu berapa anggaran Anda, tetapi saya menemukan konverter DC-DC 12V ke 5V yang akan melakukan 10A. (Input sebenarnya dapat berkisar dari 10v hingga 14v.)

masukkan deskripsi gambar di sini

Biaya kurang dari $ 15 di Digi-Key, jauh lebih baik daripada yang sebelumnya saya temukan ($ 65).

tcrosley
sumber
Tautan tidak berfungsi.
Pål Thingbø
@ PålThingbø diperbaiki
tcrosley
Terima kasih. Saya melakukan ini: digikey.com/product-search/… . Harga sama, lebih banyak opsi.
Pål Thingbø
Papan yang Anda temukan sebenarnya adalah papan evaluasi, yang dimaksudkan untuk digunakan oleh para insinyur untuk mengevaluasi IC tertentu sebelum memasukkannya ke dalam suatu produk, itulah sebabnya mengapa ia memiliki begitu banyak pilihan. Salah satu dari ini (produk yang saya rekomendasikan atau yang ini) mengatasi masalah karena harus berurusan dengan IC switcher pemasangan permukaan secara langsung.
tcrosley
3
@ PålThingbø - Saya menemukan papan lain yang melakukan hal yang sama untuk di bawah $ 15, dan merevisi jawaban saya. Kesepakatan merokok. Tidak, sebenarnya tidak, itulah yang kami coba hindari. :)
tcrosley
1
  1. Jika Anda ingin menggunakan TIP-35, setidaknya gunakan TIP35A - 60VDC atau TIP35B - 80VDC tegangan rendah. Karena Anda hanya menggunakan 12 Volts, saya akan merekomendasikan 35A. Itu setidaknya akan menerjemahkan ke Vbe yang lebih rendah dan masih 5 kali tegangan suplai yang Anda gunakan.
  2. Karena itu, pilihan yang lebih baik adalah versi PNP - TIP36A. Gunakan skema yang disediakan oleh @Olin.
  3. @ tcrosley, regulator SIP yang Anda sebutkan hanya dapat melakukan 10A MAX. Dia akan membutuhkan setidaknya 2 dari minimum dan 3 untuk mendapatkan 100% berlebihan.
Lee si Geek
sumber