Endring av XL4015 Buck Converter med en justerbar strømbegrenser

Innlegget forklarer en enkel måte å forbedre XL4015 DC til DC buck-omformeren med en justerbar strømbegrenser, som ser ut til å mangle i den originale modulen.

Omtrent XL4015

XL4015 er en 180 KHz fast frekvens PWM-buk (nedtrapp) DC / DC-omformer, spesielt designet for drift av en 5 V, 5 Amp-belastning med god effektivitet, minimal rippel og eksepsjonell linje- og lastregulering.

Regulatormodulen er bygget med svært få antall ekstra deler, og er enkel å jobbe med og består av innebygd frekvenskompensasjon sammen med en fastfrekvensoscillator.

PWM-kontrollkretsen har justerbart arbeidsforhold med en konstant hastighet fra 0 til 100%. IC XL4015 har også en innebygd overstrømsbeskyttelsesfunksjonalitet.

Når en kortslutning oppdages ved utgangen, senkes driftsfrekvensen øyeblikkelig fra 180 KHz til 48 KHz, noe som forårsaker et umiddelbart fall i utgangsspenningen og strømmen.

Brikken har en fullintegrert kompensasjonsblokk, uten å avhenge av eksterne komponenter.

XL4015 IC Hovedfunksjoner

1. Bredt 8V til 36V inngangsspenningsområde
2. Utgangsspenningen kan justeres fra 1,25V til 32V
3. Maksimal driftssyklus kan være så høy som 100%
4. Output Drop-Out er bare 0,3V
5. Bryterfrekvens er fast på 180 kHz
6. Utgangsstrømmen er konstant ved 5A.
7. Innebygde MOSFET-er for strøm sørger for optimal spenning / strømoptimalisering
8. Driftseffektivitet er veldig imponerende med 96%
9. Linje- og lastregulering er ekstremt god
10. IC har en internt kontrollert termisk avstengningsfunksjon
11. På samme måte har den også en innebygd strømbegrensningsfunksjon
12. Unødvendig å si, inneholder brikken også en funksjon for kort beskyttelsesutgang.

Stor ulempe

Selv om XL4015-modulen er lastet med mange gode funksjoner som en buck-omformer trenger å ha, mangler den ett stort anlegg.

Modulen har ingen ordning for å justere utgangsstrømmen til foretrukne nivåer, i henhold til lastspesifikasjonene.

Så hvis du vil lade et Li-Ion-batteri med en XL4015-modul, si med en hastighet på 2 ampere, vil du ikke kunne gjøre det på grunn av den ovennevnte ulempen.

På samme måte, hvis du ønsker å kjøre en 3,3 V LED ved maks 3 ampere strøm, vil du også bli skuffet, siden modulen er vurdert til en fast 5 amp strøm.

Hvordan XL4015 fungerer

Den grunnleggende arbeidsskjematikken til XL4015 buck-omformeren er vist nedenfor:

Kretsen er konfigurert til å produsere en fast 5 V ved en konstant 5 amp strømutgang som svar på en forsyningsinngang på 8 V til 36 V. Inngangseffektspesifikasjonene må være høyere enn utgangseffekten, noe som betyr at inngangsforsyningens wattkapasitet må være høyere enn 5 V x 5 A = 25 W.

Derfor, hvis en inngangsforsyning på 36 V brukes, bør inngangsstrømmen være høyere enn 25/36 = 0,7 ampere. Hvis 8 V brukes, kan inngangsstrømmen være høyere enn 25/8 = 3 ampere, og så videre.

Den interne kretsen til IC XL4015 består av grunnleggende elementer som en oscillator og en feilforsterker. Den godt kalkulerte og kontrollerte 180 kHz oscillatorfrekvensen genereres ved pin3 (SW) for mating av den eksterne bukkomformerkonfigurasjonen bestående av diode, induktor og kondensator. Dette gjør at buck-trinnet kan behandle inngangsforsyningen til en presis 5 V, 5 A-utgang.

Pin2 (FB) fungerer som inngang for tilbakemelding om feilforsterkeren. Et minimum på 1,25 V-inngang ved denne pinouten er nok til å starte avslutningsprosessen for IC.

Denne pinout kan sees konfigurert med en potensiell skillelinje R1, R2, som sørger for at utgangsspenningen aldri kan gå utover 5 V-området, som deretter får en spenning høyere enn 1,25 V til å utvikle seg ved FB-pinnen som starter nedleggingsprosessen for IC, og forhindrer dermed at utgangen krysser 5 V-nivået.

Dette innebærer også at utgangsspenningen kan justeres til andre spenningsnivåer, for eksempel 12 V eller 15 V, ved passende å variere R1 / R2 tilbakemeldingsverdiene.

R1 / R2 kan også fikses med følgende formel for å få ønsket utgangsspenning:

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

Gjeldende grensejustering

Som vi kan se fra skjematisk inkluderer ikke XL4015-modulen en strømbegrensende funksjon som tilsynelatende er en stor begrensning av modulen.

Imidlertid inkluderer modulen en avstengt pinout FB som kan konfigureres med en ekstern strømbegrenserkrets , for å fullføre funksjonen. Dette kan implementeres som angitt i følgende diagram:

RX kan beregnes ved hjelp av Ohms lov:

RX = 0,2 / strømgrense

Siden de to transistorene er kablet med en veldig høy forsterkningseffekt, bør en potensiell forskjell på bare 0,2 V over RX være nok til å utløse FB-pinnen på IC og starte den nåværende begrensende handlingen.

Så snart strømmen har en tendens til å overstige den ønskede grensen, får det nødvendige minimumspotensialet til å utvikle seg over RX, noe som får NPN til å gjennomføre, noe som igjen utløser PNP BJT hardt. Handlingen leverer den tiltenkte positive DC på FB-pinnen, og starter nedstengingen.

Når dette skjer, faller utgangsstrømmen under den innstilte grensen, og slår AV BJT-ene og gjenoppretter den tidligere tilstanden, hvor strømmen igjen begynner å overskride den innstilte grensen for å slå på BJT-ene. Syklusen gjentas stadig, slik at strømmen alltid holder seg innenfor den angitte grensen.

Med dette arrangementet blir XL4015 utstyrt med den meget nyttige justerbare utgangsstrømgrensefunksjonen.

XL4015 alternativ (ekvivalent krets)

Selv om XL4015-modulen er lett tilgjengelig fra de fleste nettbutikker, produseres ikke IC av anerkjente merkevarer, og kan være utsatt for å bli foreldet når som helst.

Derfor ser det ut til å være en mye bedre løsning å ha en alternativ 5 V-justerbar krets med omformere som bruker diskrete komponenter.

Diagrammet nedenfor viser en veldig effektiv 5 V-konverter med den populære TL494 chip:

Eksemplet ovenfor viser en enkel, men ekstremt praktisk, presisjons 5 V buck-omformer ekvivalent for XL4015.

Her viser den en solcelleomformer-buk-omformer-applikasjon, som kan adopteres for ethvert annet ønsket DC til DC-konverteringsformål.

Bruken av TL494 sørger for at designet ikke blir foreldet lett, og erstatningen for IC vil være lett tilgjengelig når det er nødvendig.

Også her bestemmer en tilbakemeldingssløyfe for forsterker utgangsstrømmen ved å sette opp potensielt delernettverk bygget rundt R8 / R9.

Strømmen kan justeres ved å tilpasse R13-motstanden riktig.

R13 = 0,2 / maks. Strømgrense

En annen stor fordel ved å bruke den ovennevnte, diskret bygget bukk-omformeren, er utgangsstrømnivået, som ikke er begrenset til 5 ampere, men kan oppgraderes til mye høyere nivåer bare ved å oppgradere transistorer, induktortrådtykkelse og R13-motstandsverdien.