Spannungsreglerstrom erhöhen

Ich erhalte die folgende Gleichung zum Rechnen$R_1$:

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

Welche, gegeben:$V_T=26\:\textrm{mV}$(Raumtemperatur), ein Modellwert, den ich gefunden habe$I_{SAT}=65\:\textrm{fA}$, dein$\beta=50$,$I_C=3\:\textrm{A}$,$R_2=10\:\Omega$, Und$I_L=6\:\textrm{A}$, Ich bekomme$R_1\approx 473\:\textrm{m}\Omega$. Der nächste Standardwert wäre$470\:\textrm{m}\Omega$, was dazu führt:

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

(Wenn Sie daran interessiert sind, was die LambertW-Funktion ist [wie sie definiert ist] und ein vollständig ausgearbeitetes Beispiel sehen möchten, wie man sie auf die Lösung von Problemen wie diesen anwendet, dann lesen Sie: Differential- und mehrstufige Verstärker (BJT) . )

Was nah genug sein kann.

Ich bin sicher, dass Sie die Verlustleistung für die Komponenten von hier aus berechnen können.

Um dies vollständiger zu machen, verwenden Sie die obigen Werte und$R_1=470\:\textrm{m}\Omega$, bekomme ich den Kollektorstrom für den Bypass-BJT zu:

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

Wie Sie sehen können, erheblich$\beta$Variationen haben wahrscheinlich den größten Effekt auf die Stromaufteilung. Wahrscheinlich kein überraschendes Ergebnis. Aber Variationen auf$V_{BE}$aufgrund der Sättigungsstromschwankungen,$I_{SAT}$sind von viel geringerer Bedeutung (wenn die Raumtemperatur konstant gehalten wird.)

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Keines der oben genannten Themen befasst sich mit Temperaturschwankungen, wenn sich der BJT unter Last erwärmt. Sie müssen die Gleichungen mit Variationen untersuchen$V_T$. Ich gehe davon aus, dass das Temperaturproblem eine wichtige Überlegung sein wird. Vielleicht möchten Sie also den erwarteten Temperaturanstieg in Ihrem BJT basierend auf dem Wert für herausfinden$I_L$, Die$V_{CE}$fallen und der Basisstrom und die$V_{BE}$fallen, zusammen mit dem erwarteten Wärmewiderstand, um diese Temperatur zu berechnen. Wenn Sie diese Schätzung haben, setzen Sie sie in die obigen Gleichungen ein und sehen Sie, was Sie erhalten. Denken Sie daran, dass beides$V_T$und auch$I_{SAT}$Funktionen der Temperatur sind und dass letztere die andere dominiert und überwältigt, so dass Sie eine Verschiebung der erwarten können$V_{BE}$von etwa$-2\:\frac{\textrm{mV}}{^\circ C}$Zu$-2.4\:\frac{\textrm{mV}}{^\circ C}$.

Es war interessant genug für mich, die thermischen Details zu überprüfen. Also berechnet die Sättigungsstromdifferenzen (es geht um eine Potenz von 3.) A$45\:^\circ\textrm{C}$Anstieg über Umgebung würde sich verschieben$V_T$bis etwa$29.6\:\textrm{mV}$aber es würde sich auch verschieben$I_{SAT}$aus$65\:\textrm{fA}$bis etwa$150\:\textrm{fA}$. Daher geht der Kollektorstrom im Bypass-BJT von etwa aus$3\:\textrm{A}$bis etwa$2.9\:\textrm{A}$, stattdessen. Das gibt eine ungefähre Vorstellung davon, was bei Temperaturänderungen zu erwarten ist, denke ich.

Die Änderung, die Sie in Betracht ziehen, sieht so aus, als würde sie die Anzahl der Teile in Ihrer Schaltung verdoppeln. Diese neuen Teile werden auch heiß, daher ist es für langfristige Zuverlässigkeit nicht wirklich möglich, sie auf Ihrem Board zu befestigen, sie könnten anständige Kühlkörper vertragen.

Sofern Sie Ihren 78xx-Regler nicht wirklich behalten müssen, würde ich Ihnen dringend empfehlen, Ihr Design auf einen Linearregler mit höherem Strom oder vorzugsweise auf einen Schaltregler umzustellen.

Auf diese Weise haben Sie eine einzelne Ausgangsstufe anstelle der Halbtransistor-Halbreglerschaltung, die Sie sich angesehen haben. Und diese einzelne Ausgangsstufe hat alle Schutzvorteile Ihres gewählten Reglers: Kurzschluss, Unter-/Überspannung, Übertemperatur usw.

Wenn Sie die Dinge wirklich vereinfachen, aber mehr ausgeben möchten, können Sie einen DC-DC-Baustein verwenden: ein vormontiertes Modul mit Kühlkörper.

Das ist eine typische Schaltung, wie Sie in einem Datenblatt finden können. Der Schlüssel ist, den Widerstand auszuwählen, um den maximalen Strom durch den Regler einzustellen.

Der Einsteller kann auch ein Ap-Ch-Mosfet sein - robuster gegenüber einem Ausfall nach 2 Tagen. Aber weniger effizient.

Wenn Sie eine gewisse Schwankung der Ausgangsspannung tolerieren können, kann hier auch ein npn- oder ein n-Kanal-Zwerg verwendet werden. Billiger, besser im Umgang mit großen Strömen und Verlustleistungen. Nicht so bekannt oder so weit verbreitet.

Bei dieser Art von Strom sollten Sie ernsthaft darüber nachdenken, den Linearregler ganz wegzulassen und einen Abwärtsschalter zu verwenden.

Der 7805 benötigt mindestens 2,5 V Headroom, und der zusätzliche Transistor fügt etwas mehr hinzu. Am Ende wird die Eingangsspannung mindestens etwas mehr als 3 V höher sein als die Ausgangsspannung. Das multipliziert mit Ihrem 6-A-Strom bedeutet, dass bei Volllast mindestens etwa 20 W als Wärme abgeführt werden. Huch! Und das bei einer auf das Nötigste getrimmten Eingangsspannung. Da dies nicht reguliert ist, wird sein Durchschnitt zwangsläufig höher sein.

Ein Buck-Switcher ist billiger und kleiner als alles, was nötig ist, um 10 Watt Wärme loszuwerden.