XL4015 Buck Converter aanpassen met een instelbare stroombegrenzer

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





Het bericht legt een eenvoudige manier uit om de XL4015 DC naar DC buck-converter uit te breiden met een instelbare stroombegrenzer, die lijkt te ontbreken in de originele module.

Over XL4015

De XL4015 is een 180 kHz vaste frequentie PWM buck (step-down) DC / DC-omzetter, speciaal ontworpen voor het bedienen van een 5 V, 5 Amp belasting met een goed rendement, minimale rimpel en uitzonderlijke lijn- en belastingsregeling.



De regelaarmodule is gebouwd met een klein aantal extra onderdelen, is gemakkelijk te gebruiken en bestaat uit een ingebouwde frequentiecompensatie en een oscillator met vaste frequentie.

Het PWM-regelcircuit heeft een instelbare duty-ratio met een constante snelheid van 0 tot 100%. De IC XL4015 heeft ook een ingebouwde overstroombeveiliging.



Wanneer een kortsluiting aan de uitgang wordt gedetecteerd, wordt de werkfrequentie onmiddellijk verlaagd van 180 kHz naar 48 kHz, waardoor de uitgangsspanning en -stroom onmiddellijk afnemen.

De chip heeft een volledig geïntegreerd compensatieblok, zonder afhankelijk te zijn van externe componenten.

XL4015 IC Belangrijkste kenmerken

  1. Breed 8V tot 36V ingangsspanningsbereik
  2. Uitgangsspanning is instelbaar van 1,25V tot 32V
  3. Maximale inschakelduur kan oplopen tot 100%
  4. Output Drop-Out is slechts 0,3V
  5. De schakelfrequentie is vast ingesteld op 180 kHz
  6. De uitgangsstroom is constant op 5A.
  7. Ingebouwde Power MOSFET's zorgen voor optimalisatie van hoogspanning / stroom
  8. De operationele efficiëntie is zeer indrukwekkend met 96%
  9. Lijn- en belastingregeling zijn buitengewoon goed
  10. IC heeft een intern geregelde thermische uitschakelfunctie
  11. Evenzo beschikt het ook over een ingebouwde stroombegrenzingsfunctie
  12. Onnodig te zeggen dat de chip ook een functie voor bescherming tegen korte uitgangen bevat.

Groot nadeel

Hoewel de XL4015-module is geladen met vele uitstekende functies die een buck-converter moet hebben, mist hij één belangrijke faciliteit.

De module heeft geen regeling om de uitgangsstroom aan te passen aan de gewenste niveaus, volgens de belastingsspecificaties.

Dus als je wilt laad een Li-Ion-batterij op met een XL4015-module, zeg maar met een snelheid van 2 ampère, kun je dat niet doen vanwege het bovengenoemde nadeel.

Evenzo, als u een 3,3 V LED met een maximale stroomsterkte van 3 ampère wilt aansturen, zou u eveneens teleurgesteld zijn, aangezien de module een vaste stroom van 5 ampère heeft.

Hoe XL4015 werkt

Het basiswerkschema van de XL4015 buck-converter wordt hieronder weergegeven:

Het circuit is geconfigureerd om een ​​vaste 5 V te produceren bij een constante stroomuitgang van 5 A als reactie op een voedingsingang van 8 V tot 36 V. De specificaties van het ingangsvermogen moeten hoger zijn dan het uitgangsvermogen, wat betekent dat het wattage van de ingangsvoeding moet hoger zijn dan 5 V x 5 A = 25 W.

Daarom, als een ingangsspanning van 36 V wordt gebruikt, moet de ingangsstroom hoger zijn dan 25/36 = 0,7 Amp. Als 8 V wordt gebruikt, kan de ingangsstroom hoger zijn dan 25/8 = 3 Ampère, enzovoort.

Het interne circuit van de IC XL4015 bestaat uit de basiselementen zoals een oscillator en een foutversterker. De goed berekende en gecontroleerde oscillatorfrequentie van 180 kHz wordt gegenereerd op pin3 (SW) voor het voeden van de externe buck-converterconfiguratie bestaande uit de diode, de inductor en de condensator. Hierdoor kan de buck-stage de ingangsvoeding verwerken tot een precieze 5 V, 5 A-uitgang.

De pin2 (FB) fungeert als ingang voor de foutversterker-feedback. Een minimum van 1,25 V-invoer op deze pinout is voldoende om het uitschakelproces voor de IC te starten.

Deze pinout is geconfigureerd met een potentiaalverdeler R1, R2, die ervoor zorgt dat de uitgangsspanning nooit buiten het bereik van 5 V kan komen, waardoor er een spanning van meer dan 1,25 V ontstaat op de FB-pin die het uitschakelproces initieert voor het IC, waardoor wordt voorkomen dat de output het 5 V-niveau overschrijdt.

Dit houdt ook in dat de uitgangsspanning kan worden aangepast aan andere spanningsniveaus, zoals 12 V of 15 V, door de R1 / R2 feedbackdelerwaarden op geschikte wijze te variëren.

De R1 / R2 kan ook worden gefixeerd met behulp van de volgende formule om de gewenste uitgangsspanning te krijgen:

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

Huidige limiet aanpassen

Zoals we in het schema kunnen zien, bevat de XL4015-module geen stroombeperkende functie die blijkbaar een belangrijke beperking van de module is.

De module bevat echter een uitschakelbare pinout-FB die kan worden geconfigureerd met een externe stroombegrenzer circuit , voor het uitvoeren van de functie. Dit zou kunnen worden geïmplementeerd zoals aangegeven in het volgende diagram:

De RX kan worden berekend met behulp van de wet van Ohm:

RX = 0,2 / huidige limiet

Aangezien de twee transistors zijn bedraad met een zeer hoge versterkingsuitgang, zou een potentiaalverschil van slechts 0,2 V over RX voldoende moeten zijn om de FB-pin van de IC te activeren en de stroombeperkende actie te starten.

Zodra de stroom de gewenste limiet neigt te overschrijden, wordt het vereiste minimumpotentieel over RX ontwikkeld waardoor de NPN gaat geleiden, wat op zijn beurt de PNP BJT hard triggert. De actie levert de beoogde positieve DC op de FB-pin, waardoor de uitschakeling wordt geïnitieerd.

Wanneer dit gebeurt, daalt de uitgangsstroom tot onder de ingestelde limiet, waardoor de BJT's worden uitgeschakeld en de eerdere toestand wordt hersteld, waarbij de stroom opnieuw de ingestelde limiet begint te overschrijden door de BJT's AAN te zetten. De cyclus herhaalt zich, zodat de stroom altijd binnen de gestelde limiet blijft.

Met deze opstelling wordt de XL4015 uitgerust met de zeer handige functie voor instelbare uitgangsstroombegrenzing.

XL4015 alternatief (equivalent circuit)

Hoewel de XL4015-module gemakkelijk verkrijgbaar is bij de meeste online winkels, wordt de IC niet gemaakt door bekende merken en kan deze op elk moment verouderd raken.

Daarom lijkt het hebben van een alternatief 5 V instelbaar buck-convertercircuit met discrete componenten een veel betere optie.

Het volgende diagram toont een zeer efficiënte 5 V buck-converter met behulp van de populaire TL494 chip:

Het bovenstaande voorbeeld toont een eenvoudige maar uiterst handige, nauwkeurige 5 V buck-converter-equivalent voor de XL4015.

Hier toont het een toepassing voor omvormers voor zonne-energie, die kan worden gebruikt voor elk ander gewenst DC-naar-DC-omzetterdoel.

Het gebruik van TL494 zorgt ervoor dat het ontwerp niet gemakkelijk verouderd raakt en dat de vervanging van de IC altijd gemakkelijk toegankelijk is.

Ook hier bepaalt een foutversterker-feedbacklus de uitgangsstroom door het opzetten van het potentiaalverdelingsnetwerk gebouwd rond R8 / R9.

De stroom kan worden aangepast door de R13-weerstand op de juiste manier aan te passen.

R13 = 0.2 / Max. Stroomlimiet

Een ander groot voordeel van het gebruik van de bovenstaande discreet gebouwde buck-converter is het uitgangsstroomniveau, dat niet beperkt is tot 5 ampère, maar eerder kan worden opgewaardeerd naar veel hogere niveaus door simpelweg de transistors, de inductordraaddikte en de R13-weerstandswaarde te upgraden.




Een paar: Variac-circuit voor het besturen van grote DC-shuntmotoren Volgende: De rol van inductorspoel in SMPS