¿Existe una buena topología para dividir una fuente de alimentación de CC de unos pocos LM2576 y LM2577?

No voy a tratar de dar una respuesta completa aquí. Un diseño completo sería una locura como respuesta. (No es que no sea un loco de mente. Porque lo soy. Pero porque simplemente no soy tan loco de mente).

Comenzaría con un modelo de comportamiento básico como el siguiente:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Aquí, puede ver que el divisor de rieles precede a todo. Puede obtener un IC para proporcionar esto, pero no tendrá mucha capacidad de manejo. Por lo tanto, también puede diseñar el suyo propio (mi opinión). El resto de las cosas que agregué al final tienen la intención de "entender la idea" de lo que sucede después si se mantiene simple, lineal y evita los conmutadores. No será eficiente. Pero es fácil de diseñar y poner en funcionamiento y puedes encontrar docenas de diseños relacionados. Pero NO pretende ser un diseño real. Es posible que necesite derivaciones de transistores alrededor de las cajas del regulador lineal, por ejemplo. Y el rastreador dual es solo una mancha funcional que también necesita diseño. ¿Pero transmite la idea?

Por supuesto, puede replicar las secciones lineales y de seguimiento dual para tantos rieles de suministro de seguimiento como desee. Son solo más cosas (que pueden interactuar, oh, bueno).

El arreglo Sziklai no es muy diferente al que podría usarse para un amplificador de audio de potencia. Se vería algo como esto:

^{simular este circuito}

Aquí, la idea básica es que tiene una referencia de "punto medio". Pueden ser dos resistencias simples ($R_7$y$R_8$) o algún IC divisor de riel, si lo prefiere. Si no usa un IC divisor de riel, también puede agregar capacitores, tal vez con arranque, para ayudar a endurecer el par de resistencias. Pero comience con esa idea tal como está y preocúpese por las mejoras más adelante (¿nuevas preguntas?)

El opamp está ahí para impulsar el controlador de potencia Sziklai de 2 cuadrantes para mantener el suelo en el punto medio de voltaje. Si algo unido a la$+15\:\text{V}$El riel atrae más corriente por un momento, luego esta corriente tirará hacia arriba en la referencia de tierra más que antes. El opamp verá que esto hace que la tierra parezca ligeramente más alta que el voltaje del punto medio (el valor presente en su entrada no inversora) y responderá reduciendo su salida y, por lo tanto, hundirá más corriente a través de la sección Sziklai del cuadrante inferior y, por lo tanto, empujando el suelo de regreso a donde debe estar. ($R_9$está ahí para ayudar a equilibrar los problemas actuales de sesgo con el amplificador operacional).

los valores de$R_1$y$R_4$son muy pequeños No desea más de unas pocas décimas de voltio a través de ellos con la corriente de salida completa (lo que seguirá siendo una pérdida de energía significativa). Están ahí por razones térmicas, entre otras. Pero el amplificador operacional también puede ayudar mucho aquí. Así que solo póngalos y espere ajustar las cosas un poco hasta que le gusten los resultados. (No quiero dedicar mucho tiempo a este tema).

Tendrá que encontrar un medio para proporcionar una fuente de corriente en el$V_{BE}$multiplicador. Además, no muestro un método para ajustar el valor de la$V_{BE}$multiplicador, pero necesitará algún método allí (resistencia variable, o simplemente ajustar hasta que sea correcto). Y el$V_{BE}$el multiplicador es otro tema. Necesita una resistencia de colector que no se muestra a menudo cuando se busca en Google para lidiar con la compensación térmica y de efecto temprano. Así que esa es otra pregunta, ¿quizás? (Nuevamente, no quiero dedicar mucho tiempo a este tema).

$R_3$y$R_6$a menudo no son importantes, pero pueden ser de cien ohmios más o menos. A veces son parte de un sistema de limitación de corriente que no se muestra aquí. Puedes eliminarlos por completo.$R_{10}$y$R_{11}$son la degeneración del emisor, por supuesto, pero en realidad hacen más en términos de contrarrestar algunas tendencias de oscilación HF. Nuevamente, a menudo puede simplemente eliminarlos.

Finalmente, llegamos al Sziklai. Para ello, debe calcular el valor de$R_2$y$R_5$. Primero, debe calcular la corriente de reposo deseada para la operación. Esto debería ser aproximadamente:

Dónde$A$es un factor que indica la relación entre la corriente de colector máxima y mínima para$Q_2$y$Q_4$. Esto es importante porque el$V_{BE}$varía en función de la corriente del colector. Y en un mundo perfecto, NO querrías el$V_{BE}$depender de la corriente del colector, en absoluto. Ya es bastante malo que varíe mucho con la temperatura.

El$V_{BE}$multiplicador, si se diseña correctamente y se conecta térmicamente a$Q_2$y$Q_4$, realiza un seguimiento bastante bueno y proporciona un valor de corriente de reposo relativamente estable independientemente de la temperatura. ¿ Pero tratar de hacer uno que también rastree las variaciones de corriente de carga? Eso sería increíblemente difícil para propósitos como este. NO quieres ir allí.

Así que NO quieres mucha variación de$V_{BE}$en$Q_2$y$Q_4$corrientes de sobrecarga en$Q_1$y$Q_3$. Lo que significa que no desea mucha variación de sus corrientes de colector. Y esto significa que quieres esa proporción elegante$A$ser relativamente pequeño. Afortunadamente,$Q_2$y$Q_4$tendrá aproximadamente el 100% de la carga de corriente de reposo, pero solo$\frac{I_{PEAK}}{\beta_{PEAK}}$en la corriente de carga máxima. (Ver nota sobre$\beta_{PEAK}$y$I_{PEAK}$al final.)

(Eso$V_{BE}$El multiplicador BJT debe acoplarse térmicamente a$Q_2$y$Q_4$, pero no necesariamente$Q_1$y$Q_3$. Lo cual es otra buena razón para el arreglo de Sziklai sobre el Darlington).

Si configura la corriente de reposo del sistema de 2 cuadrantes en algún valor, entonces$Q_1$y$Q_3$estará "principalmente APAGADO" y esa corriente de reposo estará mayormente presente en$Q_2$y$Q_4$. Pero cuando está lleno de corriente ($I_{PEAK}$) se alcanza, le gustaría que las corrientes de colector de ellos no cambiaran demasiado al manejar las corrientes de base para$Q_1$y$Q_3$. Porque el$V_{BE}$variará aproximadamente$\frac{n k T}{q}\cdot\operatorname{ln}\left(A\right)$. si configuras$A=5$más o menos, esto significa sólo$42\:\text{mV}$cambiar. Y eso es tolerable.

El valor de$\Delta V_{BE}$en la ecuación anterior se puede tomar como cualquier cosa que desee entre aproximadamente$80-120\:\text{mV}$. Por lo general, echo un vistazo rápido a las hojas de datos, pero en su caso recomendaría usar$100\:\text{mV}$y llamándolo bueno. Es$60\:\text{mV}$por década cambio en corriente y creo$100\:\text{mV}$cubre más que suficiente aquí.

Obtienes el valor de$V_{BE_{PEAK}}$mirando la hoja de datos para$Q_2$y$Q_4$a su máxima corriente de colector (que suministrará las corrientes de base para$Q_1$y$Q_3$en$I_{PEAK}$.) Algunos transistores de potencia tendrán valores más bajos que algunos dispositivos de señal pequeña. Pero es solo una búsqueda de gráficos, independientemente. Si no sabe y / o no le importa mirar, puede conectar algo como$750\:\text{mV}$y llámalo un día. No es una ciencia exacta.

Una vez que tengas$I_Q$, entonces los valores de la resistencia son solo$R=R_2=R_5=\frac{V_{BE_{PEAK}}-\Delta V_{BE}}{I_Q}$.

Obviamente,$I_{PEAK}$son las corrientes en el peor de los casos que espera manejar. Configúrelo según corresponda. También,$\beta_{PEAK}$es el valor que encuentra para los transistores utilizados como$Q_1$y$Q_3$al suministrar$I_{PEAK}$, y no los valores de$Q_2$y$Q_4$.

Posteriormente deberá ajustar su$V_{BE}$multiplicador para obtener el valor de$I_Q$arreglado correctamente. Puede medir esto mirando el voltaje a través$R_1$o$R_4$(o ambos, supongo, en serie). Por cierto, esta es otra razón para incluir esas dos resistencias.

Finalmente, el$V_{BE}$El multiplicador debe diseñarse y ajustarse para que tenga una respuesta de voltaje parabólico a la temperatura en el rango de temperaturas que desea soportar. Aquí es donde entra en vigor la resistencia de colector que mencioné. Y ese es un proceso completamente diferente con nuevas consideraciones. Por supuesto, puede simplemente conectar un$V_{BE}$y ajústelo e ignore por completo la estabilidad térmica y los bits de efecto temprano. Sobrevivirás. Pero para hacer las cosas bien con partes discretas, incluso ese detalle dentro de este circuito puede ser una molestia.

La derivación de la$I_Q$la ecuación es quizás para otro día...