Aumento de la corriente del regulador de voltaje

Obtengo la siguiente ecuación para calcular$R_1$:

$$R_1=\frac{V_T\cdot \operatorname{ln}\left(\frac{I_C}{I_{SAT}}\right)+ \frac{I_C\cdot R_2}{\beta}}{I_L - I_C}$$

que, dado:$V_T=26\:\textrm{mV}$(temperatura ambiente), un valor modelo que encontré de$I_{SAT}=65\:\textrm{fA}$, su$\beta=50$,$I_C=3\:\textrm{A}$,$R_2=10\:\Omega$, y$I_L=6\:\textrm{A}$, Yo obtengo$R_1\approx 473\:\textrm{m}\Omega$. El valor estándar más cercano sería$470\:\textrm{m}\Omega$, lo que lleva a:

$$I_L=\frac{\beta\cdot V_T}{\beta\cdot R_1 + R_2}\cdot\operatorname{LambertW}\left(\frac{I_{SAT}}{\left(\frac{\beta\cdot V_T}{\beta\cdot R_1 + R_2}\right)}\cdot e^{I_L\cdot\frac{R_1}{V_T}}\right)\approx 2.988\:\textrm{A}$$

(Si está interesado en qué es la función LambertW [cómo se define] y en ver un ejemplo completo sobre cómo aplicarla para resolver problemas como estos, consulte: Amplificadores diferenciales y multietapa (BJT) . )

Que puede estar lo suficientemente cerca.

Estoy seguro de que puede calcular las disipaciones de energía de los componentes desde aquí.

Solo para hacer esto más completo, usando los valores anteriores y$R_1=470\:\textrm{m}\Omega$, obtengo que la corriente del colector para el bypass BJT sea:

$$\begin{array}{l|c|c|c} _\beta\quad ^{I_{SAT}:} & 30\times 10^{-15}\:\textrm{A} & 65\times 10^{-15}\:\textrm{A} & 100\times 10^{-15}\:\textrm{A}\\\hline 40 & 2.76\:\textrm{A} & 2.78\:\textrm{A} & 2.80\:\textrm{A}\\50 & 2.96\:\textrm{A} & 2.99\:\textrm{A} & 3.00\:\textrm{A}\\60 & 3.11\:\textrm{A} & 3.14\:\textrm{A} & 3.16\:\textrm{A} & \\ 80 & 3.33\:\textrm{A} & 3.36\:\textrm{A} & 3.38\:\textrm{A} \end{array}$$

Como puede ver, sustancial$\beta$las variaciones probablemente tengan el mayor efecto sobre el reparto actual. Probablemente no sea un resultado sorprendente. Pero variaciones en$V_{BE}$debido a las variaciones de la corriente de saturación,$I_{SAT}$tienen mucha menos importancia (cuando la temperatura ambiente se mantiene constante).

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Ninguno de los anteriores se ocupa de las variaciones de temperatura a medida que el BJT se calienta bajo carga. Deberá examinar las ecuaciones con variaciones en$V_T$. Espero que el tema de la temperatura sea una consideración importante. Por lo tanto, es posible que desee calcular el aumento de temperatura esperado en su BJT, según el valor de$I_L$, el$V_{CE}$caída y la corriente base y la$V_{BE}$gota, junto con la resistencia térmica que esperas, para calcular esa temperatura. Una vez que tenga esa estimación, conéctela a las ecuaciones anteriores y vea lo que obtiene. Tenga en cuenta que ambos$V_T$y también$I_{SAT}$son funciones de la temperatura y que esta última domina y supera a la otra, por lo que se puede esperar un cambio en la$V_{BE}$acerca de$-2\:\frac{\textrm{mV}}{^\circ C}$a$-2.4\:\frac{\textrm{mV}}{^\circ C}$.

Fue lo suficientemente interesante para mí comprobar los detalles térmicos. Así que resolvió las diferencias de corriente de saturación (va por una potencia de 3). A$45\:^\circ\textrm{C}$aumento sobre el ambiente cambiaría$V_T$a alrededor$29.6\:\textrm{mV}$pero también cambiaría$I_{SAT}$de$65\:\textrm{fA}$a alrededor$150\:\textrm{fA}$. Por lo tanto, la corriente del colector en el BJT de derivación pasa de aproximadamente$3\:\textrm{A}$a alrededor$2.9\:\textrm{A}$, en cambio. Eso proporciona una idea aproximada de qué esperar con los cambios de temperatura, creo.

Parece que el cambio que está considerando duplica la cantidad de partes en su circuito. Esas partes nuevas también se calentarán, por lo que no es posible colocarlas en su placa para una confiabilidad a largo plazo, podrían funcionar con disipadores de calor decentes.

A menos que realmente tenga que mantener su regulador 78xx, le recomiendo encarecidamente que cambie su diseño a un regulador lineal de mayor corriente o, preferiblemente, a un regulador de conmutación.

De esa manera, tendrá una sola etapa de salida en lugar del circuito de medio transistor y medio regulador que estaba viendo. Y esa única etapa de salida tendrá todos los beneficios de protección de su regulador elegido: cortocircuito, bajo/sobre voltaje, sobre temperatura, etc.

Si realmente quiere simplificar las cosas pero gastar más, puede usar un 'ladrillo' DC-DC: un módulo preensamblado con disipador de calor.

Ese es un circuito típico que puede encontrar en una hoja de datos. La clave es elegir la resistencia para establecer la corriente máxima a través del regulador.

El ajustador también puede ser ap ch mosfet, más robusto frente a un desglose de 2 días. Pero menos eficiente.

Si puede tolerar alguna fluctuación en el voltaje de salida, aquí también se puede usar un enano npn o n-ch. Más barato, mejor en el manejo de grandes corrientes y disipación de energía. No es tan conocido ni tan ampliamente utilizado.

Con ese tipo de corriente, debería pensar seriamente en deshacerse del regulador lineal por completo y usar un conmutador reductor.

El 7805 necesita al menos un margen de 2,5 V, y el transistor adicional agrega un poco más. Al final, el voltaje de entrada será al menos un poco más de 3 V más alto que el de salida. Eso multiplicado por su corriente de 6 A significa que se disipará un mínimo de aproximadamente 20 W como calor a plena carga. ¡Ay! Y eso es con el voltaje de entrada reducido al mínimo. Como eso no está regulado, su promedio inevitablemente será más alto que eso.

Un conmutador Buck será más barato y más pequeño de lo que sea necesario para deshacerse de decenas de vatios de calor.