В статье объясняется легкий способ модифицировать понижающий преобразователь постоянного напряжения, собранного на микросхеме XL4015, с помощью регулируемого ограничителя тока, который, отсутствует в стандартной модели.
Микросхема XL4015 представляет собой полнофункциональный понижающий DC/DC преобразователь широтно-импульсной модуляции (ШИМ)с фиксированной частотой 180 кГц. Прибор был специально создан китайскими специалистами для работы с нагрузкой 5 В, 5 А, и отличающейся хорошей эффективностью, минимальной пульсацией и исключительным регулированием линии и нагрузки.
Модификация понижающего преобразователя XL4015 регулируемого с помощью ограничителя тока
Модуль регулятора построен с использованием очень небольшого количества дополнительных деталей, с ним легко работать и 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.
Стандартный модуль
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.
Подключение стандартного преобразователя
Основные характеристики IC XL4015:
- Широкий диапазон входного напряжения от 8 В до 36 В
- Выходное напряжение регулируется от 1,25 В до 32 В
- Максимальный рабочий цикл может достигать 100%.
- Выходное напряжение составляет всего 0,3 В
- Частота переключения зафиксирована на уровне 180 кГц.
- Выходной ток постоянный, 5А.
- Встроенные силовые полевые МОП-транзисторы обеспечивают оптимизацию высокого напряжения/тока
- Эффективность работы впечатляет — 96%.
- Регулировка линии и нагрузки очень хорошая
- IC имеет функцию отключения при перегреве с внутренним управлением
- Точно так же он также имеет встроенную функцию ограничения тока.
- Излишне говорить, что микросхема также имеет функцию защиты от короткого замыкания на выходе.
Главный недостаток устройства
Хотя модуль XL4015 обладает множеством отличных функций, которые необходимы понижающему преобразователю, ему не хватает одной важной опции. В модуле нет устройства для регулировки выходного тока до желаемых уровней в соответствии со спецификациями нагрузки.
Так что, если вы хотите зарядить литий-ионный аккумулятор с помощью модуля XL4015, скажем, на 2 А, 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
Базовая 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, 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. Минимального входного напряжения 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 IC, тем самым предотвращая переход выхода через уровень 5 В.
Это также означает, что выходное напряжение может быть отрегулировано до других значений, например 12 В или 15 В, путем соответствующего изменения номиналов делителя обратной связи R1/R2.
Цепочку R1/R2, также можно зафиксировать, используя следующую формулу для получения желаемого выходного напряжения:
- Vвых=1,25х(1+R2/R1)
Регулировка предельного тока
Как видно из схемы, модуль XL4015 не имеет функции ограничения тока, которая, по-видимому, является основным ограничением модуля.
Тем не менее, устройство включает в себя вывод FB выключения, который может быть настроен со схемой внешнего ограничителя тока для выполнения этой функции. Это можно реализовать, как показано на следующей диаграмме:
RX можно рассчитать по закону Ома:
- RX = 0,2/Текущий предел
Поскольку два транзистора соединены с выходом, имеющий очень высокий коэффициент 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 устремится превысить желаемый предел, через 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 повторяется, 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 легко приобрести в большинстве интернет-магазинов, микросхема не производится известными брендами и может в любой момент выйти из употребления. 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 с использованием популярной микросхемы TL494:
В приведенном выше примере приведен 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 быстро, и замена IC будет всегда доступна, когда это потребуется. Здесь также имеется контур обратной связи усилителя ошибки, определяющий выходной ток, настраивая схему делителя потенциала, построенную на резисторах R8/R9.
Сила тока может быть отрегулирована соответствующей настройкой резистора R13.
- R13 = 0,2/Максимальный предел тока
Еще одно большое преимущество использования вышеупомянутого дискретно построенного понижающего преобразователя — это уровень выходного тока, который не ограничен 5 А, а может быть повышен до гораздо более высоких уровней, просто нужно установить более мощные транзисторы, диаметр провода индуктора и номинал резистора R13.