Модифициране на XL4015 Buck Converter с регулируем ограничител на тока

Постът обяснява лесен начин за подобряване на XL4015 DC към DC конвертор с регулируем токов ограничител, който изглежда липсва в оригиналния модул.

За XL4015

XL4015 е преобразувател на постоянен / постоянен ток с фиксирана честота на ШИМ с фиксирана честота от 180 KHz (понижаващ се), специално проектиран за работа с 5 V, 5 Amp натоварване с добра ефективност, минимално пулсации и изключително регулиране на линията и натоварването.

Построен с много малко допълнителни части, модулът на регулатора е лесен за работа и се състои от вградена честотна компенсация заедно с осцилатор с фиксирана честота.

Контролната верига PWM разполага с регулируемо съотношение на мито при постоянна скорост от 0 до 100%. IC XL4015 разполага и с вградена функционалност за защита от пренапрежение.

Когато на изхода се открие късо съединение, работната честота незабавно се понижава от 180 KHz на 48 KHz, което води до незабавен спад на изходното напрежение и ток.

Чипът има напълно интегриран компенсационен блок, без да зависи от външни компоненти.

XL4015 IC Основни характеристики

1. Широк диапазон от 8V до 36V входно напрежение
2. Изходното напрежение е регулируемо от 1,25 V до 32 V
3. Максималният работен цикъл може да достигне до 100%
4. Отпадането на изхода е само 0.3V
5. Честотата на превключване е фиксирана на 180 kHz
6. Изходният ток е постоянен при 5А.
7. Вградените MOSFET мощности осигуряват оптимизация на високо напрежение / ток
8. Ефективността на работа е много впечатляваща при 96%
9. Регулирането на линията и товара е изключително добро
10. IC разполага с вътрешно контролирана функция за термично изключване
11. По същия начин той също има вградена функция за ограничаване на тока
12. Излишно е да казвам, че чипът включва и функция за къса защита на изхода.

Основен недостатък

Въпреки че модулът XL4015 е зареден с много отлични функции, които конверторът трябва да притежава, липсва едно голямо съоръжение.

Модулът няма устройство за регулиране на изходния ток до предпочитани нива, съгласно спецификациите на товара.

Така че, ако искате заредете Li-Ion батерия с модул XL4015, да кажем с честота 2 ампера, няма да можете да го направите, поради гореспоменатия недостатък.

По същия начин, ако искате да управлявате 3.3 V светодиод при максимална скорост на тока от 3 ампера, ще бъдете разочаровани по същия начин, тъй като модулът е с номинален ток от 5 ампера.

Как работи XL4015

Основният работен шметайк на конвертора XL4015 е показан по-долу:

Веригата е конфигурирана да произвежда фиксирани 5 V при постоянен изходен ток от 5 ампера в отговор на захранващ вход от 8 V до 36 V. Спецификациите на входната мощност трябва да са по-високи от изходната мощност, което означава, че мощността на входящата мощност да бъде по-висока от 5 V x 5 A = 25 W.

Следователно, ако се използва входно захранване от 36 V, тогава входният ток трябва да бъде по-висок от 25/36 = 0,7 ампера. Ако се използват 8 V, тогава входният ток може да бъде по-висок от 25/8 = 3 ампера и т.н.

Вътрешната схема на IC XL4015 се състои от основните елементи като генератор и усилвател за грешка. Добре изчислената и контролирана честота на осцилатора от 180 kHz се генерира на pin3 (SW) за захранване на външната конфигурация на преобразувател, състояща се от диод, индуктор и кондензатор. Това позволява на каскадния етап да обработи входното захранване с точен изход 5 V, 5 A.

Pin2 (FB) функционира като вход за обратна връзка на усилвателя за грешка. Входът от минимум 1,25 V при този извод е достатъчен, за да започне процесът на изключване на интегралната схема.

Този щифт може да се види конфигуриран с потенциален разделител R1, R2, който гарантира, че изходното напрежение никога не може да надхвърли диапазона 5 V, което след това води до развитие на напрежение по-високо от 1,25 V на FB щифта, иницииращ процеса на изключване за IC, като по този начин предотвратява преминаването на изхода от 5 V ниво.

Това също така означава, че изходното напрежение може да бъде регулирано към други нива на напрежение, като 12 V или 15 V, чрез подходящо променяне на стойностите на разделителя за обратна връзка R1 / R2.

R1 / R2 може също да бъде фиксиран, като се използва следната формула за получаване на желаното изходно напрежение:

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

Регулиране на текущия лимит

Както можем да видим от схемата, модулът XL4015 не включва функция за ограничаване на тока, което очевидно е основно ограничение на модула.

Модулът обаче включва изключен FB pinout, който може да бъде конфигуриран с външен верига за ограничител на тока , за изпълнение на функцията. Това може да бъде изпълнено, както е посочено в следната диаграма:

RX може да се изчисли, като се използва законът на Ом:

RX = 0,2 / текущ лимит

Тъй като двата транзистора са свързани с много висока изходна мощност, потенциалната разлика от само 0,2 V в RX трябва да е достатъчна, за да задейства FB пина на IC и да започне текущото ограничаващо действие.

Веднага след като токът има тенденция да надвишава желаната граница, кара необходимият минимален потенциал да се развие през RX, което води до провеждане на NPN, което от своя страна задейства усилено PNP BJT. Действието доставя предвидения положителен DC на щифта FB, иницииращ изключването.

Когато това се случи, изходният ток пада под зададената граница, изключвайки BJT и възстановявайки по-ранното състояние, при което токът отново започва да надвишава зададената граница, включваща BJT. Цикълът продължава да се повтаря, като гарантира, че токът винаги остава в рамките на зададената граница.

С тази подредба XL4015 се оборудва с много полезната функция за регулиране на изходния ток.

XL4015 алтернатива (еквивалентна схема)

Въпреки че модулът XL4015 е лесно достъпен от повечето онлайн магазини, IC не се произвежда от известни марки и може да е склонен да остарее по всяко време.

Следователно наличието на алтернативна 5 V регулируема верига на преобразувател, използваща дискретни компоненти, изглежда много по-добър вариант.

Следващата диаграма показва много ефективен 5 V конвертор с помощта на популярния TL494 чип:

Примерът по-горе показва прост, но изключително удобен, прецизен преобразувател с 5 V еквивалент за XL4015.

Тук той показва приложение за преобразувател на слънчев инвертор, което може да бъде прието за всяка друга желана цел за преобразуване на DC в DC.

Използването на TL494 гарантира, че дизайнът няма да остарее лесно и замяната на интегралната схема ще бъде лесно достъпна, когато е необходимо.

Тук също цикъл за обратна връзка с усилвател на грешка определя изходния ток чрез настройване на потенциалната разделителна мрежа, изградена около R8 / R9.

Токът може да се регулира чрез подходящо ощипване на резистора R13.

R13 = 0,2 / максимална граница на тока

Друго голямо предимство на използването на горепосочения дискретно построен преобразувател е нивото на изходния ток, което не е ограничено до 5 ампера, а по-скоро може да бъде надстроено до много по-високи нива просто чрез надстройване на транзисторите, дебелината на проводника на индуктора и стойността на резистора R13.