Controlador de corriente lineal con varios BJT en paralelo

Con la configuración del circuito que se muestra a continuación, si tengo disponible un tipo de transistor Q2 con una cierta potencia máxima disipada y necesito que D1 soporte una gran corriente que provocaría problemas en Q2, es necesario compartir la corriente entre varios transistores en paralelo para Q2. Uno puede pensar que esta actualización se puede lograr conectando los transistores adicionales exactamente en paralelo a Q2 según la definición, es decir, bases conectadas entre sí, colectores entre sí, emisores entre sí. Pero los transistores son idénticos solo en teoría, en la práctica los valores de hfe suelen abarcar un gran intervalo y es típico que uno de ellos consuma más corriente que los otros y se caliente más (teniendo en cuenta que la suma de la corriente de los colectores está limitada por VBE@Q1 /R2). Al tener todos los VBE unidos, se mantienen en el mismo valor sin posibilidad de variar en caso de que aumente la corriente del colector, por lo tanto, puede suceder que el transistor más caliente entre en fuga térmica. Mi pregunta es: ¿estoy en lo correcto con esta suposición? ¿Se puede evitar este problema colocando una pequeña resistencia en serie, por ejemplo, 0,1 ohmios para cada emisor, de modo que VBE pueda disminuir en caso de que aumente la corriente del colector? Gracias de antemano.

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@aconcernedcitizen, @Sparky256 Soy consciente de que el tema se parece al que citó, pero mi pregunta se centra en la paralelización. Pongamos números. Supongamos que quiero que fluyan 500 mA a través de D1, probar con Q2 solo implica configurar R2 = 0.7V / 500mA = 1.4ohm. Entonces me doy cuenta de que VCE(Q2)=VCC-V(D1)-0.7V por 500mA me da un número de potencia que va más allá del límite permitido de Q2, por lo que decidí agregar un transistor más, llamémoslo Q3, en paralelo con su resistencia de emisor R3 en paralelo a R2, cambiando R2=R3=2.8ohm (el doble que el anterior). En teoría, la corriente de 500 mA debería dividirse por igual entre Q2 y Q3, pero en realidad uno de ellos será más exigente, supongamos que fluyen 300 mA en Q2 y 200 mA restantes en Q3. Q2 se calentará más y su aumento de temperatura hará que Q2 obtenga más y más corriente de los 500 mA totales. En este caso, sería útil una retroalimentación destinada a reducir VBE (Q2) tanto como IE (Q2), para mí aquí parece que VBE (Q2) y VBE (Q3) están vinculados a un valor fijo, por lo tanto mencioné las dos resistencias adicionales entre cada emisor y R2 y R3, respectivamente. ¿Estoy perdiendo algo?

Ya tienes R2. Use dos transistores cada uno con un R2 del doble del valor. La retroalimentación de Q1 permanecerá igual a medida que la corriente se reduzca a la mitad.
Mantenga R2 por encima de un nivel mínimo como 47 ohmios y el circuito estará bien. Suponiendo que Vcc no supere los 15 voltios, ya que el transistor Q2 debe disipar la corriente multiplicada por los voltios de Vcc.
@unciudadanopreocupado. Estoy de acuerdo en que es un duplicado exacto y será VTC.
Ver mi aclaración adicional
@Claudio Si desea tanta corriente, es posible que deba cambiar la topología. Sugeriría un BJT, o MOS, impulsado por opamp, en lugar de un resto de transistores, pero solo soy yo. Pero, para un regulador de corriente lineal de 0.5A, debe esperar un valor de Watts de disipación de energía en los transistores, de todos modos.

Respuestas (1)

La extensión más simple de sus pensamientos sería el siguiente esquema:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esto no incluye el monitoreo de corriente separado para cada uno de los BJT que comparten corriente, q 1 - q 3 , pero dado que sus bases son dos V SER Por encima del suelo debería haber un reparto de corrientes más o menos aproximado. V SER La variación entre los BJT tendrá el mayor impacto en el intercambio, pero β la variación no importará demasiado en ese puntaje. β la variación importará más en el tamaño R 4 .

Tenga en cuenta que habrá diferencias de temperatura y que esto conducirá a más cambios (en el mal sentido) en términos de compartir. Entonces, si puede ayudar poniéndolos en proximidad térmica entre sí, puede ayudar un poco. Además, mantenga q 4 aislado térmicamente, si es posible. No debería necesitar calentarse tanto por encima del ambiente y cuanto mejor aislado esté de los otros BJT, mejor será su regulación de la corriente total.

El intercambio actual, ignorando la variación térmica por ahora, se basa en lo siguiente:

I mi 1 ≈ I C 1 = I S 1 ⋅ ( mi V B − I mi 1 V T − 1 ) I mi 2 ≈ I C 2 = I S 2 ⋅ ( mi V B − I mi 2 V T − 1 ) . . . I mi norte ≈ I C norte = I S norte ⋅ ( mi V B − I mi norte V T − 1 )

Ignorando la corriente base de q 4 para simplificar un poco el problema, también sabemos:

V mi 1 = R 1 ⋅ I mi 1 ≈ R 1 ⋅ I S 1 ⋅ ( mi V B − V mi 1 V T − 1 ) V mi 2 = R 2 ⋅ I mi 2 ≈ R 2 ⋅ I S 2 ⋅ ( mi V B − V mi 2 V T − 1 ) . . . V mi norte = R norte ⋅ V mi norte ≈ R norte ⋅ I S norte ⋅ ( mi V B − V mi norte V T − 1 )

Por lo tanto,

V mi 1 ≈ V T ⋅ lambertw ⁡ ( R 1 ⋅ I S 1 V T ⋅ mi V B V T ) V mi 2 ≈ V T ⋅ lambertw ⁡ ( R 2 ⋅ I S 2 V T ⋅ mi V B V T ) . . . V mi norte ≈ V T ⋅ lambertw ⁡ ( R norte ⋅ I S norte V T ⋅ mi V B V T )

Cualquier relación particular de corrientes es entonces:

I C i I C j = lambertw ⁡ ( R i ⋅ I S i V T ⋅ mi V B V T ) lambertw ⁡ ( R j ⋅ I S j V T ⋅ mi V B V T )

(Obviamente, probablemente querrá R = R 1 = R 2 = . . . = R norte .)

Variación de I S para BJT en la misma familia podría explicar una banda de aproximadamente 30 mV en su V SER . Si puede mantener las variaciones térmicas dentro de una banda de aproximadamente 15 ∘ C , entonces esto sería sobre otro 30 mV de variación en sus V SER . Así que llame a esto una situación en el peor de los casos (todas las cosas se alinean incorrectamente ) de quizás una banda de aproximadamente 60 mV .

Dado que la caída de tensión en R = R 1 = R 2 = . . . = R norte es al menos 10 veces más y probablemente aún más, el intercambio actual debería seguir siendo bastante bueno ( ± 30 mV variaciones vs 700 mV para el voltaje base de q 4 .) Tal vez 10 % de rango de variación en los voltajes sobre cada resistencia de emisor y, por lo tanto, el intercambio debe ser lo suficientemente cercano para ser útil.

Así que esta técnica puede funcionar, creo. (No es que lo haya hecho por esta circunstancia). Puede eliminar la variación térmica agregando más BJT (Sziklai, por ejemplo) y, por lo tanto, controlar más estrictamente el intercambio. Pero no veo una buena razón para hacer un esfuerzo adicional en el caso que planteas. Así que esto debería estar bien.

El problema restante será establecer el valor de R 4 . Claramente, también hay una amplia β variación en los BJT y esto también depende en gran medida de la temperatura y de la corriente del colector. Por lo tanto, deberá examinar la hoja de datos para determinar el peor de los casos (el valor más pequeño) para β que esperas y asegúrate de que R 4 puede proporcionar al menos esa cantidad de corriente base para norte BJT. También necesitará una corriente de colector mínima para q 4 .

Tenga en cuenta que si el β los valores son mucho mejores de lo esperado, q 4 tendrá que tomar la holgura en su propia corriente de colector. Esto impactará en su V SER y por lo tanto también la configuración actual. Sin embargo, un aumento de 10 veces en q 4 la corriente del colector debido a un error de predicción causado por asumir el peor de los casos β los valores solo significarían sobre 60 mV variación en V SER . Es poco probable que su predicción frente a la real sea tan mala. Pero tendrá que determinar qué tan aceptable podría ser esto.

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