Problema com diodo regulador serie com transistor

Chavales · 28 de dezembro de 2016

Ola,

Comecei a estudar eletronica como hobby a um tempo, agora estou de férias do trabalho e estou tentando melhorar meus conhecimentos.
Estou tentando utilizar um regulador série com transistor e zener para reduzir uma tensão de 35V para 12V para alimentar um cooler e um rele. Consegui entender
como funciona o circuito, e inclusive utilizei um post aqui do forum mesmo (https://www.clubedohardware.com.br/forums/topic/1005982-resolvido-como-calcular-resistor-para-diodo-zener/) para calcular os valores dos componentes para meu caso em especifico (peguei como base a explicaçao do faller). Mas estou com um problema e nao sei se errei algo nos calculos (gostaria que alguem avaliasse o que eu fiz) ou interpretei errado os datasheets, e queria que vocês me ajudassem fazendo favor. Vou detalhar como calculei e como escolhi os componentes.
Tenho uma tensão estabilizada de 35V, vou precisar de 280 mA para alimentar o rele e o cooler (230 mA o cooler e 50mA o rele), tinha escolhido o diodo 1N5349B que tem potencia de 5W.
então comecei calculando,
Izmax = P_z/V_z = 5/12 = 416.67 mA
Corrente máxima que sera exigida = 0.28 A
Izpol = 0.285 A (coloquei 5mA a mais para garantir a curva do zener, conforme o faller explica no post dele)
Rz = (35-12)/0.285 = 80.70 ohms --> 68 ohms (valor comercial)
Potencia do resistor = (35-12)*0.285 = 6.555 W --> 10W
Izpol = (35-12)/68 = 338.24 mA (razoavelmente longe de Izmax que é 416.67 mA)
Calculando a potencia dissipada pelo zener se nao tiver nenhuma carga, daria Pz = v*I = 12*0.338 = 4.06 W que estaria dentro dos 5W suportado pelo diodo 1N5349B.

O problema está aqui, é que na pratica o diodo esta esquentando muito mesmo, acabei queimando ja 3 diodos de 5 que eu tinha comprado.
O transistor que estou usando é o BD235, foi o que eu encontrei na internet procurando por algum que tivesse Vcbo > 35, Ic > 0.28 A e potencia maior 6.44 W.
Ele tambem estava esquentando muito (cheguei a queimar dois), mas ai comprei um dissipador e melhorou.

Queria entender porque o diodo esta queimando, chequei a testar com uma resistencia de 95 ohms (ao invés da de 68 ohms), para diminuir a potencia dissipada, mas ainda assim queimou.
Queria uma luz de vocês que tem mais experiencia antes de apenas comprar um zener de maior potencia, estou batendo cabeça e queimando componentes a 3 dias (rsrsrs, tragico) e so tem loja de eletronica na cidade vizinha, ai fica difícil pra mim conseguir os componentes. E tem algum outro transistor que seria mais recomendado para este caso? (porque encontrei esse so procurando na internet, nao tive referencia de ninguem para me avaliar.)
Desculpem pela pergunta ficar grande, é que tentei me expressar da melhor forma possivel.

Aqui os datasheets dos componentes que estou usando:

Transistor BD235: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXuvyuz.pdf

Diodo zener 1N5349B: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/boca/1N5335B.pdf

Renato.88 · 28 de dezembro de 2016

O problema é que seu resistor é muito baixo, deveria ser no mínimo 1k ohm e não 68 ohm. Pode diminuir a potencia do zener e do resistor, usando um segundo transistor em configuração darlington.

Para alimentar o relé, nem precisa de regulador. Um resistor em série já basta, tem somente que medir a resistência do relé para calcular o resistor.

faller · 28 de dezembro de 2016

Esse seu transistor tem um ganho de 40 ai por perto das condições em que ele vai operar. Use isso..

Se sua corrente máxima na linha de 12 Volts vai ser de digamos 300 mA, a corrente de base, que será ajustada/mantida pelo zener poderá ser de até 0,300 / 40 = 7,5 miliAmperes

Então o resistor série poderá assumir o valor de (35-12) / 0,0075 = 3066 ohms => coloque um resistor de 2.700 Ohms entre o + 35 Volts e a base do transistor. A tensão de 12 Volts vai tomar no emissor desse transistor. Seu coletor estará ligado em +35 Volts..

A potência dissipada no resistor será de (35-12) ao quadrado dividido por 2.700 ohms = 0,19 Watts ou seja, 1/4 de Watt dá e sobra..

A potência máxima dissipada no zener será de 12V x (35-12) / 2700 = 0,1 Watt. Use um zener de meio Watt, dá e sobra.. Pode usar o seu se desejares e por que o tens ai..

A potência dissipada no transistor seria a corrente total, digamos os 300 mA, multiplicados pela diferença de tensão de 35 para 12 Volts, ou seja 23 Volts. Potência máxima no transistor seria de 23 x 0,300 = Praticamente 7 Watts que é para queimar transistor e os dedos se não colocares em dissipador apropriado (mais ou menos do tamanho de um maço de cigarros...)

O que esquecestes?????

1) Fizestes todo um cálculo para obter os 12 Volts direto com resistor + zener e desprezastes o uso do transistor, perdestes a vantagem de operar com o ganho de 40 do mesmo..

2) Nunca me dissestes qual o tamanho do leads (terminais) que deixastes para esse zener, e nem mesmo se deixaste algum dissipador nele.. Os terminais do mesmo são parte de seu dissipador e carregam esse calor para onde ele foi soldado. Tens de considerar isso para aplicar potência ao mesmo... Veja que no seu datasheet existe uma curva de derating térmico. Se ele for soldado a um PCB com uma área dissipativa bem grande e se seus terminais forem curtos, ele conseguirá dissipar mais e sua temperatura subirá menos.

Ademais, quando se necessita uma dissipação mais elevada elevada em um zener desses sem suporte de fixação em dissipador se pode fazer algo assim, colocar em série vários diodos zener:

A soma das tensões zener disso dai tem de ser a tensão desejada e a área dissipativa é maior, bem maior.. Dois zener já dissipam o dobro que um somente..

Nessa tarefa valem soluções criativas, umas melhores outras menos boas. Observe:

Ou, em um PCB podes soldar duas linguetas, na PCB soldadas,e, entre elas, com terminais curtos, o zener soldado. O calor sai pelos terminais do zener e dissipa na área maior da lingueta, ou dissipa no próprio PCB, se deixado com algum tamanho adequado.

Até mesmo existem dissipadores para uso em diodos:

3) O mesmo com o transistor que de cara, se vai dissipar miseráveis 7 Watts e o mesmo pode aguentar 25 Watts para que se preocupar, deixe o mesmo sem dissipador. Isso é um erro crasso que a maioria dos iniciantes capitulam..

Olhe no datasheet do mesmo a curva chamada derate curve e note que:

- Ele, o transistor, só vai poder dissipar a totalidade de sua capacidade (25 Watts) se o mantiveres de um modo ou de outro a 25 graus centígrados.. Se a temperatura do mesmo subir para 100 graus, que é quando nem mais se consegue colocar a mão nele essa capacidade reduz a 40% (só vai poder dissipar 0,4 x 25 = 10 Watts) e assim por diante. Então coloque sim um dissipador bem bom nesse cidadão e mantenha o mesmo o mais frio possível... Dissipe o calor gerado..

Um diodo zener quente não trás somente o problema dissipativo citado na derating curve mas sim sua tensão vai mudar e se muito quente pode mudar bastante..

Fechando, para que tenha uma tensão mais aproximada dos 12 Volts o correto seria colocar um diodo em série com o zener, para compensar os 0,7 Volts perdidos na junção base-emissor do transistor..

Chavales · 28 de dezembro de 2016

@Mestre88, muito obrigado pela resposta!!!

@faller, puxa vida, muitissimo obrigado por toda essa explicação, confesso que eu realmente estava torcendo para que você visse este post (varias explicaçoes suas de posts antigos ja me ajudaram quando eu entrava como visitante aqui no forum). Além de eu conseguir entender o motivo do aquecimento, e o que eu estava fazendo de errado, ainda aprendi muito mais, com as técnicas de dissipaçao de calor e o dissipador para diodos, que eu nem sabia que existia.

Fiz o teste aqui, o valor mais proximo de resistencia que eu tinha era de 2200 ohms, mas o zener ficou com uma tensão proxima dos 5V, acredito que a corrente nao esta sendo a minima suficiente para que ele se polarize reversamente e mantenha os 12V como esperado, será que é isso mesmo?

Ai troquei o 1N5342B por um 1n4742a que eu tinha aqui, ai sim chegou nos 12v. Testei apenas com o cooler como carga e nao esquentou muito (da pra colocar a mao e segurar sem problemas rsrsrs), acredito que quando eu colocar o rele nao vai fazer muita diferença também, deve funcionar redondo.

Agora, se nao for pedir muito, queria uma ajuda na interpretaçao do datasheet do 1n4742a, ( http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet_pdf/bkc-international-electronics/1N4728_to_1N973B-1.pdf ) no começo fala que é 1W, mas logo embaixo diz Maximum total power dissipation at 25C ambient 500mW, neste caso deve-se considerar que é um diodo de 1w de potencia ou 500mW?

Mais uma vez, muito obrigado por dedicar um tempo para me ajudar, fiquei muito feliz.

faller · 28 de dezembro de 2016

6 horas atrás, Chavales disse:

Fiz o teste aqui, o valor mais proximo de resistencia que eu tinha era de 2200 ohms, mas o zener ficou com uma tensão proxima dos 5V, acredito que a corrente nao esta sendo a minima suficiente para que ele se polarize reversamente e mantenha os 12V como esperado, será que é isso mesmo?

Não, definitivamente não. Nenhum zener de 12 Volts vai apresentar 5 Volts nessas condições em que testastes.

Peça mal carimbada, leitura errada de tua parte ou zener defeituoso..

Ademais, um zener 1N5342B é um zener de 6,8 Volts e não de 12 Volts....

Ai troquei o 1N5342B por um 1n4742a que eu tinha aqui, ai sim chegou nos 12v. Testei apenas com o cooler como carga e nao esquentou muito (da pra colocar a mao e segurar sem problemas rsrsrs), acredito que quando eu colocar o rele nao vai fazer muita diferença também, deve funcionar redondo.

Agora, se nao for pedir muito, queria uma ajuda na interpretaçao do datasheet do 1n4742a, (http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet_pdf/bkc-international-electronics/1N4728_to_1N973B-1.pdf ) no começo fala que é 1W, mas logo embaixo diz Maximum total power dissipation at 25C ambient 500mW, neste caso deve-se considerar que é um diodo de 1w de potencia ou 500mW?

No começo, no título da tabela, em letras garrafais, esqueça... Se trata de um zener muito mais de meio Watt com certeza..

Digo muito mais de meio watt pois ele pode ser de 1 Watt também, basta que respeites a curva vista ai no datasheet na página 3.. É só manter a temperatura do mesmo abaixo dos 60 graus celsius o que é uma tarefa dificílima, pois lembre-se que para ele dissipar 1 Watt estará passando por ele uma corrente de 1/12 = 83 mA...

Entendeste como um diodo se comporta com seus parâmetros...

Falo desse datasheet dai: http://www.vishay.com/docs/85816/1n4728a.pdf

Ele pode dissipar 1,3 Watts se mantiveres sua temperatura em 25 graus.. Pense fora do quadrado... Um zener não é de um só potência depende de como você o arrefece... Sua capacidade de arrefecimento é que vai determinar quanto de potência ele vai poder dissipar..

Citação

Chavales · 29 de dezembro de 2016

@faller, na verdade, digitei errado era 1n5349b mesmo, mas talvez eu o danifiquei nos testes que fiz anteriormente, mas como ja nao tenho nenhum que eu tenha certeza que esta em "bom estado" de funcionamento, nao posso garantir que seja isso mesmo. De qualquer forma, vou manter o 1n4742a, ja que é suficiente calculando da forma que me ensinou anteriormente.

E por fim, acho que entendi a questao da potência, nao é um valor fixo né, sempre vai variar de acordo com a temperatura que o componente esta.

Novamente, agradeço o apoio. Um abraço.

Duvida sanada, o topico pode ser encerrado.