Modificarea convertorului XL4015 Buck cu un limitator de curent reglabil

Postul explică o modalitate simplă de a îmbunătăți convertorul DC-DC XL4015 DC cu un limitator de curent reglabil, care pare să lipsească în modulul original.

Despre XL4015

XL4015 este un convertor DC / DC cu frecvență fixă ​​de 180 KHz (PWM), special conceput pentru operarea unei încărcări de 5 V, 5 Amperi cu o eficiență bună, o ondulare minimă și o reglare excepțională a liniei și a sarcinii.

Construit folosind un număr foarte mic de piese suplimentare, modulul de reglare este ușor de lucrat și constă din compensare de frecvență încorporată împreună cu un oscilator cu frecvență fixă.

Circuitul de control PWM are un raport de funcționare reglabil la o rată constantă de la 0 la 100%. IC XL4015 are, de asemenea, o funcționalitate de protecție la supracurent încorporată.

Când este detectat un scurtcircuit la ieșire, frecvența de funcționare este redusă instantaneu de la 180 KHz la 48 KHz, provocând o scădere imediată a tensiunii și curentului de ieșire.

Cipul are un bloc de compensare complet integrat, fără a depinde de componente externe.

Caracteristici principale XL4015 IC

1. Gama largă de tensiune de intrare de 8V la 36V
2. Tensiunea de ieșire este reglabilă de la 1,25V la 32V
3. Ciclul maxim de funcționare poate ajunge la 100%
4. Ieșirea de ieșire este doar 0,3V
5. Frecvența de comutare este fixată la 180 kHz
6. Curentul de ieșire este constant la 5A.
7. MOSFET-urile Power încorporate asigură optimizarea tensiunii / curentului ridicat
8. Eficiența operațională este foarte impresionantă la 96%
9. Reglarea liniei și a sarcinii sunt extrem de bune
10. IC dispune de o funcție de oprire termică controlată intern
11. De asemenea, oferă și o funcție de limită de curent încorporată
12. Inutil să spun că cipul include și o caracteristică de protecție scurtă de ieșire.

Dezavantaj major

Deși modulul XL4015 este încărcat cu multe caracteristici excelente pe care trebuie să le aibă un convertor Buck, îi lipsește o facilitate majoră.

Modulul nu are aranjamente pentru reglarea curentului de ieșire la nivelurile preferate, conform specificațiilor de încărcare.

Deci dacă vrei încărcați o baterie Li-Ion cu un modul XL4015, să spunem la o rată de 2 amperi, nu veți putea face asta, din cauza dezavantajului menționat mai sus.

În mod similar, dacă doriți să conduceți un LED de 3,3 V la o rată de curent maximă de 3 amp, veți fi dezamăgiți la fel, deoarece modulul este evaluat la un curent fix de 5 amp.

Cum funcționează XL4015

Schmetaicul de bază de lucru al convertorului XL4015 este prezentat mai jos:

Circuitul este configurat pentru a produce un 5 V fix la o ieșire de curent constantă de 5 amp ca răspuns la o intrare de alimentare de 8 V la 36 V. Specificațiile puterii de intrare trebuie să fie mai mari decât puterea de ieșire, ceea ce înseamnă că puterea de alimentare a intrării trebuie să fie să fie mai mare de 5 V x 5 A = 25 W.

Prin urmare, dacă se utilizează o sursă de intrare de 36 V, atunci curentul de intrare ar trebui să fie mai mare de 25/36 = 0,7 Amperi. Dacă se utilizează 8 V, curentul de intrare poate fi mai mare de 25/8 = 3 Amperi și așa mai departe.

Circuitul intern al IC XL4015 este format din elemente de bază, cum ar fi un oscilator și un amplificator de eroare. Frecvența oscilatorului de 180 kHz bine calculată și controlată este generată la pinul 3 (SW) pentru alimentarea configurației externe a convertorului buck constând din diodă, inductor și condensator. Acest lucru permite etapei buck să proceseze alimentarea de intrare la o ieșire precisă de 5 V, 5 A.

Pin2 (FB) funcționează ca intrare pentru feedback-ul amplificatorului de eroare. O intrare minimă de 1,25 V la acest pinout este suficientă pentru a începe procesul de oprire pentru IC.

Acest pinout poate fi văzut configurat cu un divizor de potențial R1, R2, care asigură că tensiunea de ieșire nu poate depăși niciodată intervalul de 5 V, ceea ce face ca o tensiune mai mare de 1,25 V să se dezvolte la pinul FB inițierea procesului de oprire pentru IC, împiedicând astfel ieșirea să traverseze nivelul de 5 V.

Acest lucru implică, de asemenea, că tensiunea de ieșire ar putea fi ajustată la alte niveluri de tensiune, cum ar fi 12 V sau 15 V, prin variația adecvată a valorilor divizorului de feedback R1 / R2.

R1 / R2 poate fi, de asemenea, fixat folosind următoarea formulă, pentru a obține tensiunea de ieșire dorită:

Vout = 1,25 x (1 + R2 / R1)

Ajustare limită curentă

După cum putem vedea din schemă, modulul XL4015 nu include o caracteristică de limitare a curentului, care aparent este o limitare majoră a modulului.

Cu toate acestea, modulul include un pin FB oprit care ar putea fi configurat cu un extern circuit limitator de curent , pentru realizarea caracteristicii. Acest lucru ar putea fi implementat așa cum este indicat în următoarea diagramă:

RX-ul poate fi calculat folosind legea lui Ohm:

RX = 0,2 / limita curentului

Deoarece cele două tranzistoare sunt conectate cu o ieșire de câștig foarte mare, o diferență de potențial de doar 0,2 V pe RX ar trebui să fie suficientă pentru a declanșa pinul FB al IC și a iniția acțiunea de limitare curentă.

De îndată ce curentul tinde să depășească limita dorită, determină potențialul minim necesar să se dezvolte în RX, determinând conducerea NPN, ceea ce, la rândul său, declanșează PNP BJT puternic. Acțiunea furnizează DC-ul pozitiv intenționat pe pinul FB, inițierea opririi.

Când se întâmplă acest lucru, curentul de ieșire scade sub limita setată, oprind BJT-urile și restabilind starea anterioară, în care curentul începe din nou să depășească limita setată pornind BJT-urile. Ciclul se repetă în continuare, asigurându-se că curentul rămâne întotdeauna în limita stabilită.

Cu acest aranjament, XL4015 devine echipat cu caracteristica limită de curent de ieșire reglabilă foarte utilă.

XL4015 Alternative (Circuit echivalent)

Deși, modulul XL4015 este ușor disponibil din majoritatea magazinelor online, IC nu este fabricat de mărci de renume și poate fi predispus să devină învechit oricând.

Prin urmare, a avea un circuit alternativ de convertizor de 5 V reglabil, utilizând componente discrete, pare a fi o opțiune mult mai bună.

Următoarea diagramă arată un convertor de 5 V foarte eficient, utilizând popularul TL494 cip:

Exemplul de mai sus arată un convertor de 5 V simplu, dar extrem de la îndemână, de precizie, echivalent pentru XL4015.

Aici, arată o aplicație de conversie a invertorului solar, care poate fi adoptată pentru orice alt scop dorit de convertor DC-DC.

Utilizarea TL494 asigură faptul că designul nu va deveni învechit cu ușurință, iar înlocuirea IC-ului va fi ușor accesibilă ori de câte ori este necesar.

Și aici, o buclă de feedback a amplificatorului de eroare determină curentul de ieșire prin configurarea rețelei de divizare potențială construită în jurul R8 / R9.

Curentul poate fi ajustat prin modificarea corespunzătoare a rezistenței R13.

R13 = 0,2 / Limita maximă de curent

Un alt mare avantaj al utilizării convertorului buck discret construit mai sus este nivelul curentului de ieșire, care nu este limitat la 5 amperi, mai degrabă ar putea fi actualizat la niveluri mult mai ridicate, pur și simplu prin actualizarea tranzistoarelor, grosimea firului inductorului și valoarea rezistenței R13.