Ændring af XL4015 Buck Converter med en justerbar strømbegrænser

Ændring af XL4015 Buck Converter med en justerbar strømbegrænser

Indlægget forklarer en enkel måde at forbedre XL4015 DC til DC buck-konverteren med en justerbar strømbegrænser, som synes at mangle i det originale modul.



Om XL4015

XL4015 er en 180 KHz fast frekvens PWM-buk (step-down) DC / DC-konverter, specielt designet til drift af en 5 V, 5 Amp-belastning med god effektivitet, minimal rippel og enestående linje- og belastningsregulering.

Regulatormodulet er bygget ved hjælp af meget få antal ekstra dele og er let at arbejde med og består af indbygget frekvenskompensation sammen med en fastfrekvensoscillator.





PWM-styrekredsløbet har et justerbart arbejdsforhold med en konstant hastighed fra 0 til 100%. IC XL4015 har også en indbygget overstrømsbeskyttelsesfunktionalitet.

Når der registreres en kortslutning ved udgangen, sænkes driftsfrekvensen øjeblikkeligt fra 180 KHz til 48 KHz, hvilket medfører et øjeblikkeligt fald i udgangsspænding og strøm.



Chippen har en fuldt integreret kompensationsblok uden at være afhængig af eksterne komponenter.

XL4015 IC Hovedfunktioner

  1. Bredt 8V til 36V indgangsspændingsområde
  2. Udgangsspænding kan justeres fra 1,25V til 32V
  3. Maksimal arbejdscyklus kan være så høj som 100%
  4. Output drop-out er kun 0,3V
  5. Skiftefrekvens er fast på 180 kHz
  6. Udgangsstrøm er konstant ved 5A.
  7. Indbyggede Power MOSFET'er sikrer høj spændings- / strømoptimering
  8. Driftseffektivitet er meget imponerende ved 96%
  9. Linie- og belastningsregulering er ekstremt god
  10. IC har en internt styret termisk nedlukningsfunktion
  11. Ligeledes har den også en indbygget strømbegrænsningsfunktion
  12. Det er overflødigt at sige, at chippen også inkluderer en outputbeskyttelsesfunktion.

Stor ulempe

Selvom XL4015-modulet er fyldt med mange fremragende funktioner, som en buck-konverter skal have, mangler det en større facilitet.

Modulet har intet arrangement til at justere udgangsstrømmen til foretrukne niveauer i henhold til belastningsspecifikationerne.

Så hvis du vil oplad et Li-Ion-batteri med et XL4015-modul, sig med en hastighed på 2 ampere, kan du ikke gøre det på grund af den ovennævnte ulempe.

Tilsvarende, hvis du ville køre en 3,3 V LED med en maksimal strømhastighed på 3 ampere, ville du også blive skuffet, da modulet er klassificeret til en fast strøm på 5 amp.

Sådan fungerer XL4015

Den grundlæggende arbejdsschema for XL4015 buck-konverteren er vist nedenfor:

Kredsløbet er konfigureret til at producere en fast 5 V ved en konstant 5 amp strømudgang som reaktion på en forsyningsindgang på 8 V til 36 V. Indgangseffektspecifikationerne skal være højere end udgangseffekten, hvilket betyder, at indgangsforsyningens wattkapacitet skal være højere end 5 V x 5 A = 25 W.

Derfor, hvis der anvendes en indgangsforsyning på 36 V, skal indgangsstrømmen være højere end 25/36 = 0,7 ampere. Hvis der anvendes 8 V, kan indgangsstrømmen være højere end 25/8 = 3 ampere osv.

IC XL4015's interne kredsløb består af de grundlæggende elementer såsom en oscillator og en fejlforstærker. Den velberegnede og kontrollerede 180 kHz oscillatorfrekvens genereres ved pin3 (SW) til tilførsel af den eksterne buck-konverterkonfiguration bestående af diode, induktor og kondensator. Dette gør det muligt for bock-scenen at behandle inputforsyningen til en præcis 5 V, 5 A-udgang.

Pin2 (FB) fungerer som input til fejlforstærkerfeedback. Et minimum på 1,25 V input ved denne pinout er nok til at starte nedlukningsprocessen for IC.

Denne pinout kan ses konfigureret med en potentiel skillevæg R1, R2, som sikrer, at udgangsspændingen aldrig kan gå ud over 5 V-området, hvilket derefter får en spænding, der er højere end 1,25 V, til at udvikle sig ved FB-stiften, der starter nedlukningsprocessen for IC, hvorved output forhindres i at krydse 5 V-niveauet.

Dette indebærer også, at udgangsspændingen kunne justeres til andre spændingsniveauer, såsom 12 V eller 15 V, ved passende at variere R1 / R2 feedback-opdelingsværdierne.

R1 / R2 kan også fastgøres ved hjælp af følgende formel for at få den ønskede udgangsspænding:

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

Nuværende grænsejustering

Som vi kan se fra skematisk inkluderer XL4015-modulet ikke en nuværende begrænsende funktion, som tilsyneladende er en vigtig begrænsning af modulet.

Modulet inkluderer dog en lukket pinout FB, der kan konfigureres med en ekstern strømbegrænserkredsløb , til at udføre funktionen. Dette kunne implementeres som angivet i følgende diagram:

RX kan beregnes ved hjælp af Ohms lov:

RX = 0,2 / strømgrænse

Da de to transistorer er forbundet med en meget høj forstærkning, skal en potentiel forskel på kun 0,2 V over RX være tilstrækkelig til at udløse FB-stiften på IC og starte den nuværende begrænsende handling.

Så snart strømmen har en tendens til at overstige den ønskede grænse, får det nødvendige minimumspotentiale til at udvikle sig på tværs af RX, hvilket får NPN til at lede, hvilket igen udløser PNP BJT hårdt. Handlingen leverer den tilsigtede positive DC på FB-stiften og igangsætter nedlukningen.

Når dette sker, falder udgangsstrømmen under den indstillede grænse, slukker for BJT'erne og gendanner den tidligere tilstand, hvor strømmen endnu en gang begynder at overskride den indstillede grænse, der tænder for BJT'erne. Cyklussen gentager sig, hvilket sikrer, at strømmen altid forbliver inden for den indstillede grænse.

Med dette arrangement bliver XL4015 udstyret med den meget nyttige justerbare udgangsstrømgrænsefunktion.

XL4015 Alternativ (Ækvivalent kredsløb)

Selvom XL4015-modulet er let tilgængeligt fra de fleste onlinebutikker, produceres IC ikke af ansete mærker og kan være tilbøjelig til at blive forældet når som helst.

Derfor ser det ud til at være et meget bedre valg at have et alternativt 5 V justerbart buk-omformerkredsløb ved hjælp af diskrete komponenter.

Følgende diagram viser en meget effektiv 5 V buck konverter ved hjælp af den populære TL494 chip:

Eksemplet ovenfor viser en enkel, men ekstrem praktisk, præcision 5 V buck-konverter svarende til XL4015.

Her viser det en sol-inverter-buck-konverterapplikation, som kan vedtages til ethvert andet ønsket DC til DC-konverteringsformål.

Brug af TL494 sikrer, at designet ikke bliver forældet, og udskiftningen af ​​IC'en er let tilgængelig, når det er nødvendigt.

Også her bestemmer en tilbagekoblingssløjfe med fejlforstærker udgangsstrømmen ved at indstille det potentielle opdelingsnetværk, der er bygget op omkring R8 / R9.

Strømmen kan justeres ved at tilpasse R13-modstanden korrekt.

R13 = 0,2 / maks. Strømgrænse

En anden stor fordel ved at bruge ovennævnte diskret bygget buck-konverter er udgangsstrømniveauet, som ikke er begrænset til 5 ampere, snarere kunne opgraderes til meget højere niveauer ved blot at opgradere transistorer, induktortrådtykkelse og R13-modstandsværdien.




Forrige: Variac-kredsløb til styring af store DC-shuntmotorer Næste: Spolenes rolle i SMPS