Transistores en paralelo

En realidad, esta es una técnica muy común, tanto con BJT (transistores tradicionales como los dibujados anteriormente) y MOSFET. Con los BJT, no necesita molestarse con resistencias de base recortadas separadas, todo lo que necesita hacer es agregar resistencias compartidas actuales o, a veces, denominarse resistencias de lastre . Mire esta página, por ejemplo, la primera que encontré en Google que explica este diseño:

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Si usa MOSFET, no necesita en absoluto las resistencias de uso compartido actuales, solo pueden estar en paralelo "fuera de la caja". Los MOSFET tienen una retroalimentación negativa 'incorporada': si un MOSFET obtiene una mayor proporción de la corriente, se calienta, lo que a su vez aumenta su resistencia y reduce la cantidad de corriente que la atraviesa. Esta es la razón por la que los MOSFET generalmente se prefieren para aplicaciones donde se requieren múltiples transistores en paralelo. Sin embargo, los BJT son más fáciles de integrar en las fuentes actuales, ya que tienen una ganancia actual bastante constante.

Para una aplicación en la que necesita transistores en paralelo y controlar la corriente de forma lineal (no encender y apagar los transistores por completo), BJT es su mejor opción. Como dice Olin Lathrop, el circuito necesitará tener resistencias en serie con los emisores BJT para ayudar a equilibrar la corriente.

Aquí hay un circuito de ejemplo de inicio para mostrar la ubicación de la resistencia del emisor.

Re1yRe2ayudaránaequilibrarlacorrienteentreBJT.ElproblemaesqueVbetieneuncoeficientedetemperatura(\$\gamma\$)deaproximadamente-1.6mV/C.Amedidaquelaspartessecalientan,elVbesereducirá,loquepermitirámásunidaddebasealtransistordesdeelvalorfijodeVc.ConunmodelodeprimerordendelcambiodeVbeconlatemperatura,unaecuaciónsimpleparalacorrienteenRe1es:

IRe1=\$\frac{(\beta+1)(\text{Vc}-\text{Vbeo}(1-\gamma\text{$\Delta$T1}))}{\text{Rb1}+\text{Re1}(\beta+1)}\$

Porsupuesto,\$\beta\$tambiénvariaráconlatemperatura,peroesodeberíasermuchomenosimportante.

LaeleccióncuidadosadeRe1yRb1permitiríareducirelefectotérmicoenlacorriente.Estamoshablandocomoun20%denúmerosaquí.Porejemplo,siVc=2V,Vbeo=0.7V,\$\beta\$=50,Rb1=10Ohms,Re1=1Ohm,y\$\text{$\Delta$T1}\$aumentadoen100Csobreambiente;actualatravésdeRe1deberíaverseaproximadamentecomo:

Entonces, con Re1 de 1 Ohm, hay un cambio de aproximadamente 10% con 100 grados de aumento de temperatura. Las resistencias de emisor en este ejemplo tendrían hasta aproximadamente 1.5W en ellas. Se podrían usar valores más bajos, pero entonces la variación sería mayor. La operación de Q1 y Q2 sería mayormente independiente, excepto Vc y voltaje a través de Rload.

Para controlar realmente la corriente, se requeriría un circuito de retroalimentación para regular Vc. Y, para que la corriente en cada transistor coincida, se requiere un circuito de retroalimentación para cada transistor.

No intentes esto con MOSFETS. Al menos no esperes que los MOSFET compartan mágicamente la corriente.

Si bien los MOSFET son muy buenos para la conexión en paralelo en el modo de operación conmutada, no compartirán la corriente en la operación lineal. Esto se debe a que el umbral de voltaje de la puerta a la fuente (\ $ V _ {\ text {th}} \ $) tiene un coeficiente de temperatura negativo. A medida que aumenta la temperatura del dispositivo, \ $ V _ {\ text {th}} \ $ se reduce, por lo que cuanto más cálida es la parte, más pronto comenzará a realizar (Micro Semi tiene un app note sobre esto). Aquí hay un gráfico de la característica de transferencia para ilustrar.

Puedevercómo\$V_{\text{th}}\$bajaamedidaque\$T_j\$aumenta.Estotambiénsignificaqueparalascorrientesdebajodrenaje(aproximadamente5amperiosenlatabla),latransconductancia(\$g_f\$)seráefectivamentemayorparalapartemáscaliente.Losdispositivosparalelosnocomenzaránacompartirlacorrientehastamásalládelpuntodecrucequesemuestraenlatablaaaproximadamente15amperios.EsinusualquelosFETqueoperanenmodolineallleguenalpuntodecruce.

EstoesinclusounproblemadentrodeunsoloMOSFET.LasmanchascalientesenundadoMOSFETsonfenómenosbienconocidos.SilevantalapartesuperiordeunMOSFETylevantaunmicroscopio,verámilesdecélulaseneltroquelquesonmicroMOSFETparalelos.CadamicroFETtienesupropio\$V_{\text{th}}\$.Porlotanto,paraunaoperaciónfija\$V_{\text{gs}}\$ylineal,laceldaconunamenor\$V_{\text{th}}\$comenzaráaconducirprimeroysecalentará.\$V_{\text{th}}\$secaeráyesacelda(ylasquelarodean)conduciránmás.Sedesarrollaráunpuntocaliente.Esposiblequeeldispositivosedañedeestamanera.On-Semcubreestoenlanotadelaaplicación AND8199 (Sugerencia de Hat to Phil Frost).

Si la compartición entre celdas de un dado es deficiente, imagine cuán mala será la compartición entre dispositivos separados con \ $ V _ {\ text {th}} \ $ no coincidentes. ¿Recuerda cómo cambió Vbe del BJT por -1.6mV / C? El pozo \ $ V _ {\ text {th}} \ $ del FET cambia en aproximadamente -3mV / C, aproximadamente el doble que el BJT. Por lo tanto, el desequilibrio actual entre los FET paralelos en la operación lineal será mucho peor que los BJT (y son lo suficientemente malos).

Para controlar linealmente la corriente con un MOSFET, \ $ V _ {\ text {gs}} \ $ necesita ser controlado activamente por un ciclo de retroalimentación. Aquí es un ejemplo reciente de lo que sucede cuando el MOSFET no está controlado por el bucle de retroalimentación.

MOSFET controlados linealmente en paralelo para compartir corriente significa tener un bucle de retroalimentación para cada dispositivo.

Su circuito como se muestra no es una buena idea porque todos los transistores no serán iguales. Puede haber una variación significativa en la ganancia de una parte a otra, y las caídas de B-E tampoco coincidirán exactamente. Para empeorar las cosas, el transistor que termina tomando más corriente será el más caliente, lo que hace que su caída B-E disminuya, lo que hace que tome más corriente ...

La forma más sencilla de solucionar esto con los transistores bipolares es poner una pequeña resistencia separada en serie con cada emisor. Tiene una carga de 50, por lo que las resistencias de 1 Ω emisor deben estar bien. Ahora atas todas las bases juntas en dirección.

Cuando un transistor transporta más corriente que los otros, el voltaje a través de su resistencia emisora aumentará. Esto reduce su voltaje B-E en relación con los otros, lo que le da menos corriente de base, lo que hace que lleve menos de la corriente de salida total. Los resistores emisores básicamente causan una retroalimentación negativa que mantiene a todos los transistores aproximadamente equilibrados.