Модификация понижающего преобразователя XL4015 с помощью регулируемого ограничителя тока

В сообщении объясняется простой способ улучшить понижающий преобразователь постоянного тока XL4015 с регулируемым ограничителем тока, который, похоже, отсутствует в исходном модуле.

О XL4015

XL4015 - это понижающий (понижающий) DC / DC преобразователь PWM с фиксированной частотой 180 кГц, специально разработанный для работы с нагрузкой 5 В, 5 А с хорошей эффективностью, минимальной пульсацией и исключительным регулированием линии и нагрузки.

Модуль регулятора построен с использованием очень небольшого количества дополнительных деталей, с ним легко работать, он состоит из встроенной частотной компенсации и генератора фиксированной частоты.

Схема управления ШИМ имеет регулируемую продолжительность включения с постоянной скоростью от 0 до 100%. IC XL4015 также имеет встроенную функцию защиты от перегрузки по току.

Когда на выходе обнаруживается короткое замыкание, рабочая частота мгновенно понижается с 180 кГц до 48 кГц, что вызывает немедленное падение выходного напряжения и тока.

Чип имеет полностью интегрированный блок компенсации, вне зависимости от каких-либо внешних компонентов.

XL4015 IC Основные характеристики

1. Широкий диапазон входного напряжения от 8 В до 36 В
2. Выходное напряжение регулируется от 1,25 В до 32 В
3. Максимальный рабочий цикл может достигать 100%.
4. Выходное напряжение составляет всего 0,3 В
5. Частота коммутации установлена ​​на 180 кГц.
6. Выходной ток постоянный, 5А.
7. Встроенные силовые полевые МОП-транзисторы обеспечивают оптимизацию высокого напряжения / тока
8. Эффективность работы впечатляет - 96%.
9. Регулировка линии и нагрузки очень хорошая
10. IC имеет функцию отключения при перегреве с внутренним управлением
11. Точно так же он также имеет встроенную функцию ограничения тока.
12. Излишне говорить, что микросхема также имеет функцию защиты от короткого замыкания на выходе.

Главный недостаток

Хотя модуль XL4015 обладает множеством отличных функций, которые необходимы понижающему преобразователю, ему не хватает одной важной функции.

В модуле нет приспособлений для регулировки выходного тока до желаемых уровней в соответствии со спецификациями нагрузки.

Итак, если вы хотите зарядить литий-ионный аккумулятор с модулем XL4015, скажем, на 2 ампер, вы не сможете этого сделать из-за вышеупомянутого недостатка.

Точно так же, если вы хотите управлять светодиодом 3,3 В при максимальном токе 3 А, вы тоже будете разочарованы, поскольку модуль рассчитан на фиксированный ток 5 А.

Как работает XL4015

Основная рабочая схема понижающего преобразователя XL4015 показана ниже:

Схема сконфигурирована так, чтобы вырабатывать фиксированные 5 В при постоянном выходном токе 5 А в ответ на вход питания от 8 В до 36 В. Характеристики входной мощности должны быть выше выходной мощности, что означает, что входная мощность источника питания должна быть выше 5 В x 5 А = 25 Вт.

Следовательно, если используется входное напряжение 36 В, то входной ток должен быть выше 25/36 = 0,7 А. Если используется 8 В, то входной ток может быть выше 25/8 = 3 А и так далее.

Внутренняя схема IC XL4015 состоит из основных элементов, таких как генератор и усилитель ошибки. Хорошо рассчитанная и управляемая частота генератора 180 кГц генерируется на выводе 3 (SW) для питания конфигурации внешнего понижающего преобразователя, состоящего из диода, катушки индуктивности и конденсатора. Это позволяет понижающему каскаду обрабатывать входное питание до точных выходных 5 В, 5 А.

Контакт 2 (FB) функционирует как вход для обратной связи усилителя ошибки. Минимальное входное напряжение 1,25 В на этой распиновке достаточно, чтобы начать процесс отключения ИС.

Эта распиновка может быть сконфигурирована с делителем потенциала R1, R2, который гарантирует, что выходное напряжение никогда не может выходить за пределы диапазона 5 В, что затем вызывает напряжение выше 1,25 В на выводе FB, инициируя процесс выключения для ИС, тем самым предотвращая переход выходного сигнала через уровень 5 В.

Это также означает, что выходное напряжение может быть отрегулировано до других уровней напряжения, например 12 В или 15 В, путем соответствующего изменения значений делителя обратной связи R1 / R2.

R1 / R2 также можно зафиксировать с помощью следующей формулы для получения желаемого выходного напряжения:

Vвых = 1,25 х (1 + R2 / R1)

Регулировка предела тока

Как видно из схемы, модуль XL4015 не имеет функции ограничения тока, которая, по-видимому, является основным ограничением модуля.

Тем не менее, модуль включает в себя FB выключения, который может быть настроен с помощью внешнего схема ограничителя тока , для выполнения этой функции. Это может быть реализовано, как показано на следующей диаграмме:

RX можно рассчитать по закону Ома:

RX = 0,2 / Текущий предел

Поскольку два транзистора соединены с выходом с очень высоким коэффициентом усиления, разности потенциалов всего 0,2 В на RX должно быть достаточно для срабатывания вывода FB IC и инициирования действия по ограничению тока.

Как только ток стремится превысить желаемый предел, на RX возникает необходимый минимальный потенциал, вызывая проводимость NPN, что, в свою очередь, жестко запускает PNP BJT. Действие подает предполагаемый положительный постоянный ток на вывод FB, инициируя отключение.

Когда это происходит, выходной ток падает ниже установленного предела, выключая BJT и восстанавливая предыдущее состояние, при котором ток снова начинает превышать установленный предел, включая BJT. Цикл продолжает повторяться, гарантируя, что ток всегда остается в пределах установленного предела.

При такой компоновке XL4015 оснащается очень полезной функцией регулируемого ограничения выходного тока.

Альтернатива XL4015 (эквивалентная схема)

Хотя модуль XL4015 можно легко приобрести в большинстве интернет-магазинов, микросхема не производится известными брендами и может в любой момент устареть.

Поэтому альтернативная схема регулируемого понижающего преобразователя на 5 В с использованием дискретных компонентов представляется гораздо лучшим вариантом.

На следующей схеме показан очень эффективный понижающий преобразователь 5 В, использующий популярный TL494 чип:

В приведенном выше примере показан простой, но чрезвычайно удобный прецизионный эквивалент понижающего преобразователя 5 В для XL4015.

Здесь показано применение понижающего преобразователя солнечного инвертора, которое можно использовать для любой другой цели преобразователя постоянного тока в постоянный.

Использование TL494 гарантирует, что конструкция не устареет легко, и замена IC будет легко доступна, когда это потребуется.

Здесь также контур обратной связи усилителя ошибки определяет выходной ток, настраивая схему делителя потенциала, построенную на R8 / R9.

Ток можно отрегулировать, настроив резистор R13 соответствующим образом.

R13 = 0,2 / Максимальный предел тока

Еще одним большим преимуществом использования вышеупомянутого дискретно построенного понижающего преобразователя является уровень выходного тока, который не ограничивается 5 А, а может быть повышен до гораздо более высоких уровней, просто обновив транзисторы, толщину провода индуктивности и номинал резистора R13.