Mengubah XL4015 Buck Converter dengan Limiter Semasa Boleh Laras

Catatan itu menerangkan cara mudah untuk meningkatkan penukar buck XL ke DC4040 dengan penghad arus yang boleh laras, yang nampaknya tidak ada dalam modul asal.

Mengenai XL4015

XL4015 adalah penukar DC / DC frekuensi tetap 180 KHz PWM buck (step-down), yang direka khas untuk mengendalikan beban 5 V, 5 Amp dengan kecekapan yang baik, riak minimum dan peraturan garis dan beban yang luar biasa.

Dibangunkan dengan menggunakan sedikit bahagian tambahan, modul pengatur mudah digunakan dan terdiri daripada pampasan frekuensi terbina dalam bersama dengan pengayun frekuensi tetap.

Litar kawalan PWM mempunyai nisbah tugas boleh laras pada kadar tetap dari 0 hingga 100%. IC XL4015 juga mempunyai fungsi perlindungan arus lebih yang terbina dalam.

Apabila litar pintas dikesan pada output, frekuensi operasi diturunkan serta merta dari 180 KHz menjadi 48 KHz, menyebabkan penurunan voltan dan arus keluaran dengan segera.

Cip ini mempunyai blok pampasan bersepadu, tanpa bergantung pada komponen luaran.

Ciri-ciri Utama XL4015 IC

1. Julat Voltan Input 8V hingga 36V yang luas
2. Voltan output boleh laras dari 1.25V hingga 32V
3. Kitaran Tugas Maksimum boleh setinggi 100%
4. Output Drop-Out hanya 0.3V
5. Frekuensi Beralih ditetapkan pada 180 kHz
6. Arus output tetap pada 5A.
7. Power MOSFET terbina dalam memastikan pengoptimuman voltan / arus tinggi
8. Kecekapan operasi sangat mengagumkan pada 96%
9. Peraturan saluran dan beban sangat baik
10. IC mempunyai fungsi penutupan haba yang dikawal secara dalaman
11. Begitu juga dengan fungsi had semasa terbina dalam
12. Tidak perlu dikatakan, cip ini juga merangkumi ciri perlindungan pendek keluaran.

Kekurangan Utama

Walaupun modul XL4015 dipenuhi dengan banyak ciri terbaik yang perlu dimiliki penukar wang, ia tidak mempunyai satu kemudahan utama.

Modul ini tidak memiliki pengaturan untuk menyesuaikan arus keluaran ke tingkat pilihan, sesuai dengan spesifikasi beban.

Jadi jika anda mahu mengecas bateri Li-Ion dengan modul XL4015, katakan pada kadar 2 amp, anda tidak akan dapat melakukannya, kerana kelemahan yang disebutkan di atas.

Begitu juga, jika anda ingin menggerakkan LED 3.3 V pada kadar arus maksimum 3 amp, anda juga akan kecewa kerana modul dinilai pada arus 5 amp tetap.

Bagaimana XL4015 Berfungsi

Skema kerja asas penukar XL4015 buck ditunjukkan di bawah:

Litar dikonfigurasikan untuk menghasilkan 5 V tetap pada output arus 5 amp yang tetap sebagai tindak balas kepada input bekalan 8 V hingga 36 V. Spesifikasi daya input harus lebih tinggi daripada daya output, yang bermaksud kapasiti watt bekalan input mesti lebih tinggi daripada 5 V x 5 A = 25 W.

Oleh itu, jika bekalan input 36 V digunakan, arus input harus lebih tinggi daripada 25/36 = 0.7 Amps. Sekiranya 8 V digunakan, arus input mungkin lebih tinggi daripada 25/8 = 3 Amps, dan seterusnya.

Litar dalaman IC XL4015 terdiri daripada elemen asas seperti pengayun dan amp ralat. Frekuensi pengayun 180 kHz yang dikira dan dikawal dengan baik dihasilkan pada pin3 (SW) untuk memberi makan konfigurasi penukar buck luaran yang terdiri daripada dioda, induktor, dan kapasitor. Ini membolehkan tahap pengeluaran memproses bekalan input ke output 5 V, 5 A yang tepat.

Pin2 (FB) berfungsi sebagai input untuk maklum balas amp kesalahan. Input minimum 1,25 V pada pinout ini sudah cukup untuk memulakan proses mematikan IC.

Pinout ini dapat dilihat dikonfigurasi dengan pembahagi berpotensi R1, R2, yang memastikan bahawa voltan output tidak pernah dapat melampaui julat 5 V, yang kemudian menyebabkan voltan lebih tinggi dari 1,25 V berkembang pada pin FB yang memulakan proses penutupan untuk IC, dengan itu menghalang output melintasi tahap 5 V.

Ini juga menunjukkan bahawa voltan keluaran dapat disesuaikan dengan tahap voltan lain, seperti 12 V atau 15 V, dengan mengubah nilai pembahagi maklum balas R1 / R2 dengan tepat.

R1 / R2 juga dapat diperbaiki dengan menggunakan formula berikut, untuk mendapatkan voltan keluaran yang diinginkan:

Vout = 1.25 x (1 + R2 / R1)

Laras Had Semasa

Seperti yang dapat kita lihat dari skema modul XL4015 tidak termasuk ciri pembatasan semasa yang nampaknya merupakan batasan utama modul.

Walau bagaimanapun, modul ini termasuk FB pinout yang boleh dikonfigurasi dengan luaran litar limiter semasa , untuk mencapai ciri tersebut. Ini dapat dilaksanakan seperti yang ditunjukkan dalam rajah berikut:

RX boleh dikira menggunakan undang-undang Ohm:

RX = 0.2 / Had Semasa

Oleh kerana kedua-dua transistor disambung dengan output keuntungan yang sangat tinggi, perbezaan potensi hanya 0,2 V di RX sudah cukup untuk mencetuskan pin FB IC dan memulakan tindakan pembatasan semasa.

Sebaik sahaja arus cenderung melebihi had yang diinginkan, menyebabkan potensi minimum yang diperlukan untuk berkembang di seluruh RX menyebabkan NPN bertindak, yang seterusnya memicu PNP BJT keras. Tindakan itu memberikan DC positif yang diinginkan pada pin FB, memulakan penutupan.

Apabila ini berlaku arus keluaran turun di bawah had yang ditetapkan, mematikan BJT dan memulihkan keadaan yang lebih awal, di mana arus sekali lagi mula melebihi had set yang menghidupkan BJT. Kitaran terus berulang, memastikan arus sentiasa berada dalam had yang ditetapkan.

Dengan susunan ini, XL4015 dilengkapi dengan ciri had arus keluaran laras yang sangat berguna.

Alternatif XL4015 (Litar Setara)

Walaupun, modul XL4015 mudah didapati dari kebanyakan kedai dalam talian, IC tidak dihasilkan oleh jenama terkenal, dan mungkin rentan menjadi usang kapan saja.

Oleh itu, mempunyai litar penukar buck laras 5 V alternatif menggunakan komponen diskrit nampaknya merupakan pilihan yang jauh lebih baik.

Gambar rajah berikut menunjukkan penukar buck 5 V yang sangat berkesan menggunakan yang popular TL494 cip:

Contoh di atas menunjukkan penukar tepat 5 V buck yang sederhana namun sangat berguna untuk XL4015.

Di sini, ia menunjukkan aplikasi penukar buck inverter suria, yang dapat digunakan untuk tujuan penukar DC ke DC yang diinginkan.

Penggunaan TL494 memastikan bahawa reka bentuk tidak akan usang dengan mudah dan penggantian IC akan mudah diakses bila diperlukan.

Di sini juga, gelung maklum balas amp ralat menentukan arus keluaran dengan menyiapkan rangkaian pembahagi berpotensi yang dibina di sekitar R8 / R9.

Arus dapat disesuaikan dengan mengubah perintang R13 dengan tepat.

R13 = 0.2 / Maksimum Had Semasa

Kelebihan lain dari menggunakan penukar buck yang dibina secara diskrit di atas adalah tahap arus keluaran, yang tidak terhad kepada 5 amp, malah boleh ditingkatkan ke tahap yang lebih tinggi hanya dengan menaik taraf transistor, ketebalan wayar induktor dan nilai perintang R13.