Cómo hacer una fuente de alimentación regulada de alta potencia 37 V / 30 A

1) Objetivo

Queremos construir una fuente de alimentación que pueda regular la salida de voltaje de 1.25 V a 37 V (el rango de operación del LM317) con una corriente máxima de aproximadamente 6 A utilizando dos TIP3055 en paralelo para repartir la corriente y evitar sobrecalentamiento.

Característica:

• El LM317 regulará el voltaje de salida y limitará la corriente dentro de un rango controlado.
• Los TIP3055 amplificarán la corriente, permitiendo que la fuente entregue más amperios sin sobrecalentar el LM317.
• Usamos transistores TIP3055 como pasadores de corriente que aumentan la capacidad de corriente de la fuente, controlados por el LM317.

2) Componentes Necesarios

• LM317 (Regulador de voltaje ajustable)
• TIP3055 × 2 (Transistores de potencia NPN)
• Resistencias:
  • R1: 220 Ω (para la regulación del LM317)
  • Potenciómetro: 10kΩ (para ajustar el voltaje de salida)
  • R2: 0.1 Ω (resistencia de base para cada TIP3055)
  • Resistencia de limitación de corriente (si se desea, entre Vout y tierra).
• Diodos:
  • D1: Diodo de protección de salida (1N4007)
• Condensadores:
  • C1: 1o4 µF (en la salida del LM317, para mejorar estabilidad)
• Disipador (para los TIP3055 y el LM317, si se espera mucha potencia)

3) Funcionamiento del Circuito

a) Regulación de Voltaje con LM317

El LM317 es un regulador de voltaje ajustable, por lo que se utiliza con una resistencia R1 (220 Ω) y un potenciómetro (10kΩ) en el pin de ajuste para definir el voltaje de salida.

• Vref = 1.25 V (tensión interna de referencia del LM317).
• R1 = 220 Ω.
• R2 es el potenciómetro que ajustas para variar el voltaje de salida.

b) Uso de los TIP3055

Resumen de las características clave del TIP3055:

El LM317 puede suministrar un máximo de 1-1.5 A, pero para cargar mayores corrientes, usamos los TIP3055 para amplificar la corriente. Estos transistores funcionan como transistores pasadores que permiten que la corriente fluya del colector a través del emisor a la carga.

Cada TIP3055 se conecta a la salida del LM317 a través de una resistencia de base de 0.1 Ω. Esta resistencia asegura que los TIP3055 no conduzcan demasiado y protejan la etapa de control.

El emisor de los TIP3055 se conecta a la salida de la fuente. Por lo tanto, el voltaje de salida será controlado principalmente por el LM317, pero la corriente máxima la proporcionarán los TIP3055. La salida será proporcionada por el emisor de los transistores.

c) Configuración de las bases de los TIP3055

• Resistencia de base: La resistencia R2 (0.1 Ω) se coloca entre la salida del LM317 y la base de los TIP3055. Esto garantiza que la corriente de base no sea demasiado alta, lo que podría dañar los transistores.

d) Protección y Diode D1

El diodo D1 es importante para proteger los transistores y el regulador contra corrientes inversas que podrían surgir en el caso de una desconexión abrupta de la carga o fluctuaciones de voltaje. Este diodo se coloca entre la salida y la entrada del regulador LM317

e) Disipación de Calor

Ambos TIP3055 tienen un alto consumo de potencia debido a la diferencia de voltaje entre la entrada y la salida (por ejemplo, si la entrada es de 36 V y la salida de 12 V, esa diferencia se disipará en forma de calor). Por eso, deberás usar disipadores de calor adecuados tanto para los TIP3055 como para el LM317. Los TIP3055 pueden disipar mucha potencia, por lo que es importante que cada uno tenga un disipador grande.

Resumen de las características clave del TIP3055:

4) Esquema Básico del Circuito

Aquí tienes un resumen de la conexión:

1. Entrada de corriente continua (DC):
   • La corriente proviene de un transformador que convierte la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC). Si usamos un transformador de 24 V AC, el voltaje rectificado será aproximadamente 34 V DC (sin carga), lo que es adecuado para una fuente de salida de 0-30 V.
2. LM317:
   • La entrada del LM317 se conecta a la fuente de DC.
   • El pin de ajuste recibe una señal de retroalimentación a través de la resistencia R1 (220 Ω) y el potenciómetro R2(10K)
   • El pin de salida del LM317 se conecta a las bases de los TIP3055 a través de las resistencias de base.
3. TIP3055:
   • Las bases de los TIP3055 se conectan al LM317 (a través de las resistencias de base).
   • Los emisores de los TIP3055 se conectan a la salida del circuito con una resistencia de pocos 0.25 ohmios y de 5w
   • Los colectores de los TIP3055 se conectan a la entrada DC junto al LM 317 (por ejemplo, 34 V).
4. Diodo de protección (D1):
   • Se coloca entre la salida y la entrada para proteger el circuito.

5) Ajuste de Voltaje y Corriente

• Ajuste de voltaje: El potenciómetro R2 te permitirá ajustar el voltaje de salida desde 1.25 V hasta aproximadamente 37 V, dependiendo del transformador.
• Ajuste de corriente: Para un ajuste más preciso de la corriente máxima, se coloca una resistencia  en la salida de cada tip3055  para proteger el sistema de sobrecargas y nivelar la potencia de los dos transistores de potencia.

6) Consideraciones Adicionales

• Si esperas utilizar corrientes mayores a 3-4 A, asegúrate de que los TIP3055 estén bien refrigerados con disipadores adecuados y que el LM317 también tenga un buen disipador térmico.
• Si la corriente total esperada es de más de 6 A, es posible que desees usar más TIP3055 en paralelo (asegurándote de balancear bien la corriente) o considerar un diseño diferente, como el uso de MOSFETs.

7) Resumen de Componentes

• LM317 (1 unidad)
• TIP3055 (2 unidades)
• Resistencias:
  • R1: 220 Ω (para el LM317)
  • Potenciómetro: 10 kΩ
  • R2: 0.1 Ω (base para  TIP3055)
  • R3:0.25 5W (salida emisor)
• Diodos:
  • D1: 1N4007 (diodo de protección)
• Condensadores:
  • C1: 104 µF (para la salida)
• disipadores (para TIP3055 y LM317)
• Transformador adecuado (ej. 24V AC a 18V DC)

8) Pruebas

• Conecta primero el circuito sin carga y ajusta el voltaje de salida con el potenciómetro.
• Verifica el voltaje y la corriente usando un multímetro.
• Coloca una carga de prueba (por ejemplo, una lámpara o una resistencia de potencia) para probar la capacidad de corriente.

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