Τροποποίηση μετατροπέα XL4015 Buck με ρυθμιζόμενο περιοριστή ρεύματος

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Η ανάρτηση εξηγεί έναν απλό τρόπο βελτίωσης του μετατροπέα XL4015 DC σε DC με έναν ρυθμιζόμενο περιοριστή ρεύματος, ο οποίος φαίνεται να λείπει στην αρχική μονάδα.

Σχετικά με το XL4015

Ο XL4015 είναι ένας μετατροπέας DC / DC με σταθερή συχνότητα 180 KHz buck (step-down), ειδικά σχεδιασμένος για τη λειτουργία φορτίου 5 V, 5 Amp με καλή απόδοση, ελάχιστη κυματισμό και εξαιρετική ρύθμιση γραμμής και φορτίου.



Χτισμένο με πολύ μικρό αριθμό πρόσθετων ανταλλακτικών, η μονάδα ρυθμιστή είναι εύκολη στην εργασία και αποτελείται από ενσωματωμένη αντιστάθμιση συχνότητας μαζί με ταλαντωτή σταθερής συχνότητας.

Το κύκλωμα ελέγχου PWM διαθέτει ρυθμιζόμενο λόγο λειτουργίας με σταθερό ρυθμό από 0 έως 100%. Το IC XL4015 διαθέτει επίσης μια ενσωματωμένη λειτουργικότητα υπερέντασης.



Όταν εντοπίζεται βραχυκύκλωμα στην έξοδο, η συχνότητα λειτουργίας μειώνεται αμέσως από 180 KHz σε 48 KHz, προκαλώντας άμεση πτώση της τάσης και του ρεύματος εξόδου.

Το τσιπ έχει ένα πλήρως ενσωματωμένο μπλοκ αντιστάθμισης, χωρίς να εξαρτάται από εξωτερικά εξαρτήματα

Κύρια χαρακτηριστικά XL4015 IC

  1. Ευρεία περιοχή τάσης εισόδου 8V έως 36V
  2. Η τάση εξόδου είναι ρυθμιζόμενη από 1,25V έως 32V
  3. Ο μέγιστος κύκλος λειτουργίας μπορεί να είναι τόσο υψηλός όσο 100%
  4. Το Output Drop-Out είναι μόνο 0.3V
  5. Η συχνότητα μεταγωγής είναι σταθερή στα 180 kHz
  6. Το ρεύμα εξόδου είναι σταθερό στα 5Α.
  7. Τα ενσωματωμένα Power MOSFET διασφαλίζουν βελτιστοποίηση υψηλής τάσης / ρεύματος
  8. Η απόδοση λειτουργίας είναι πολύ εντυπωσιακή στο 96%
  9. Η ρύθμιση γραμμής και φορτίου είναι εξαιρετικά καλή
  10. Το IC διαθέτει μια εσωτερικά ελεγχόμενη λειτουργία θερμικού τερματισμού
  11. Παρομοίως, διαθέτει επίσης μια ενσωματωμένη λειτουργία τρέχοντος ορίου
  12. Περιττό να πούμε, το τσιπ περιλαμβάνει επίσης ένα χαρακτηριστικό σύντομης προστασίας εξόδου.

Σημαντικό μειονέκτημα

Αν και η μονάδα XL4015 είναι γεμάτη με πολλές εξαιρετικές δυνατότητες που πρέπει να έχει ένας μετατροπέας buck, δεν διαθέτει μια σημαντική εγκατάσταση.

Η μονάδα δεν έχει ρύθμιση για την προσαρμογή του ρεύματος εξόδου στα προτιμώμενα επίπεδα, σύμφωνα με τις προδιαγραφές φορτίου.

Αν θέλετε φορτίστε μια μπαταρία Li-Ion με μια μονάδα XL4015, ας πούμε με ρυθμό 2 amp, δεν θα μπορείτε να το κάνετε αυτό, λόγω του προαναφερθέντος μειονεκτήματος.

Ομοίως, εάν θέλετε να οδηγήσετε ένα LED 3,3 V με μέγιστο ρυθμό ρεύματος 3 amp, θα απογοητευόταν επίσης, καθώς η μονάδα έχει βαθμολογία με σταθερό ρεύμα 5 amp.

Πώς λειτουργεί το XL4015

Το βασικό σχήμα εργασίας του μετατροπέα XL4015 buck φαίνεται παρακάτω:

Το κύκλωμα έχει διαμορφωθεί ώστε να παράγει σταθερό 5 V σε συνεχή έξοδο ρεύματος 5 amp σε απόκριση εισόδου 8 V έως 36 V. Οι προδιαγραφές ισχύος εισόδου πρέπει να είναι υψηλότερες από την ισχύ εξόδου, που σημαίνει ότι η χωρητικότητα ισχύος τροφοδοσίας εισόδου πρέπει να είναι υψηλότερο από 5 V x 5 A = 25 W.

Επομένως, εάν χρησιμοποιείται τροφοδοσία εισόδου 36 V, τότε το ρεύμα εισόδου θα πρέπει να είναι υψηλότερο από 25/36 = 0,7 Amps. Εάν χρησιμοποιείται 8 V, τότε το ρεύμα εισόδου μπορεί να είναι υψηλότερο από 25/8 = 3 Amps, και ούτω καθεξής.

Το εσωτερικό κύκλωμα του IC XL4015 αποτελείται από τα βασικά στοιχεία, όπως ένας ταλαντωτής και ένας ενισχυτής σφάλματος. Η καλά υπολογισμένη και ελεγχόμενη συχνότητα ταλαντωτή 180 kHz παράγεται στο pin3 (SW) για τροφοδοσία της διαμόρφωσης εξωτερικού μετατροπέα buck που αποτελείται από τη δίοδο, τον επαγωγέα και τον πυκνωτή. Αυτό επιτρέπει στο στάδιο buck να επεξεργάζεται την τροφοδοσία εισόδου σε ακριβή έξοδο 5 V, 5 A.

Το pin2 (FB) λειτουργεί ως είσοδος για τα σχόλια του ενισχυτή σφάλματος. Ελάχιστη είσοδος 1,25 V σε αυτό το pinout είναι αρκετή για να ξεκινήσει η διαδικασία τερματισμού λειτουργίας του IC.

Αυτό το pinout μπορεί να φανεί διαμορφωμένο με ένα πιθανό διαχωριστικό R1, R2, το οποίο διασφαλίζει ότι η τάση εξόδου δεν μπορεί ποτέ να υπερβεί το εύρος των 5 V, το οποίο στη συνέχεια προκαλεί τάση υψηλότερη από 1,25 V στο pin FB που ξεκινά τη διαδικασία τερματισμού για το IC, εμποδίζοντας έτσι την έξοδο από το πέρασμα του επιπέδου 5 V.

Αυτό συνεπάγεται επίσης ότι η τάση εξόδου θα μπορούσε να ρυθμιστεί σε άλλα επίπεδα τάσης, όπως 12 V ή 15 V, μεταβάλλοντας κατάλληλα τις τιμές διαχωριστή ανάδρασης R1 / R2.

Το R1 / R2 μπορεί επίσης να καθοριστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο, για να λάβετε την επιθυμητή τάση εξόδου:

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

Ρύθμιση τρέχοντος ορίου

Όπως μπορούμε να δούμε από το σχηματικό, η μονάδα XL4015 δεν περιλαμβάνει μια τρέχουσα περιοριστική δυνατότητα η οποία προφανώς είναι ένας σημαντικός περιορισμός της ενότητας.

Ωστόσο, η μονάδα περιλαμβάνει ένα κλείσιμο FB pinout που θα μπορούσε να διαμορφωθεί με εξωτερικό τρέχον κύκλωμα περιοριστή , για την ολοκλήρωση της δυνατότητας. Αυτό θα μπορούσε να εφαρμοστεί όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα:

Το RX μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον νόμο του Ohm:

RX = 0,2 / Τρέχον όριο

Δεδομένου ότι τα δύο τρανζίστορ είναι ενσύρματα με πολύ υψηλή έξοδο κέρδους, μια πιθανή διαφορά μόλις 0,2 V στο RX θα πρέπει να είναι αρκετή για να ενεργοποιήσει τον ακροδέκτη FB του IC και να ξεκινήσει την τρέχουσα περιοριστική δράση.

Μόλις το ρεύμα τείνει να υπερβεί το επιθυμητό όριο, προκαλεί την ανάπτυξη του απαιτούμενου ελάχιστου δυναμικού σε όλο το RX προκαλώντας τη συμπεριφορά του NPN, το οποίο με τη σειρά του ενεργοποιεί το PNP BJT σκληρά. Η ενέργεια παρέχει το προοριζόμενο θετικό DC στον ακροδέκτη FB, ξεκινώντας τον τερματισμό.

Όταν συμβεί αυτό, το ρεύμα εξόδου πέφτει κάτω από το καθορισμένο όριο, απενεργοποιώντας τα BJTs και αποκαθιστώντας την προηγούμενη κατάσταση, όπου το ρεύμα αρχίζει και πάλι να ξεπερνά το καθορισμένο όριο ενεργοποιώντας τα BJTs. Ο κύκλος επαναλαμβάνεται, διασφαλίζοντας ότι το ρεύμα παραμένει πάντα εντός του καθορισμένου ορίου.

Με αυτή τη διάταξη, το XL4015 εξοπλίζεται με το πολύ χρήσιμο ρυθμιζόμενο όριο ρεύματος εξόδου.

Εναλλακτική λύση XL4015 (Ισοδύναμο κύκλωμα)

Παρόλο που, η μονάδα XL4015 διατίθεται εύκολα από τα περισσότερα διαδικτυακά καταστήματα, το IC δεν κατασκευάζεται από φημισμένες μάρκες και μπορεί να είναι επιρρεπές σε παρωχημένη ανά πάσα στιγμή.

Επομένως, η ύπαρξη εναλλακτικού ρυθμιζόμενου κυκλώματος μετατροπέα buck 5 V με χρήση διακριτών εξαρτημάτων φαίνεται να είναι πολύ καλύτερη επιλογή.

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει έναν πολύ αποδοτικό μετατροπέα 5 V buck χρησιμοποιώντας το δημοφιλές TL494 πατατακι:

Το παραπάνω παράδειγμα δείχνει ένα απλό αλλά εξαιρετικά βολικό, ισοδύναμο μετατροπέα ακριβείας 5 V για το XL4015.

Εδώ, δείχνει μια εφαρμογή μετατροπέα ηλιακού μετατροπέα, η οποία μπορεί να υιοθετηθεί για οποιονδήποτε άλλο επιθυμητό σκοπό μετατροπέα DC σε DC.

Η χρήση του TL494 διασφαλίζει ότι ο σχεδιασμός δεν θα ξεπεραστεί εύκολα και η αντικατάσταση του IC θα είναι εύκολα προσβάσιμη όποτε απαιτείται.

Και εδώ, ένας βρόχος ανάδρασης ενισχυτή σφάλματος καθορίζει το ρεύμα εξόδου ρυθμίζοντας το δυνητικό δίκτυο διαχωριστή που χτίζεται γύρω από το R8 / R9.

Το ρεύμα μπορεί να ρυθμιστεί προσαρμόζοντας κατάλληλα την αντίσταση R13.

R13 = 0,2 / Μέγιστο όριο ρεύματος

Ένα άλλο μεγάλο πλεονέκτημα της χρήσης του παραπάνω διακριτά ενσωματωμένου μετατροπέα buck είναι το επίπεδο ρεύματος εξόδου, το οποίο δεν περιορίζεται σε 5 αμπέρ, αλλά θα μπορούσε να αναβαθμιστεί σε πολύ υψηλότερα επίπεδα απλά αναβαθμίζοντας τα τρανζίστορ, το πάχος του επαγωγικού καλωδίου και την τιμή της αντίστασης R13.




Προηγούμενο: Κύκλωμα Variac για τον έλεγχο μεγάλων κινητήρων DC Shunt Επόμενο: Ο ρόλος του πηνίου επαγωγής στο SMPS