การปรับเปลี่ยน XL4015 Buck Converter ด้วยตัว จำกัด กระแสที่ปรับได้

โพสต์อธิบายถึงวิธีง่ายๆในการปรับปรุงตัวแปลงบั๊ก XL4015 DC เป็น DC ด้วยตัว จำกัด กระแสไฟฟ้าที่ปรับได้ซึ่งดูเหมือนว่าจะขาดหายไปในโมดูลดั้งเดิม

ประมาณ XL4015

XL4015 เป็นตัวแปลงสัญญาณ DC / DC ความถี่คงที่ 180 KHz (step-down) ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานโหลด 5 V, 5 แอมป์ที่มีประสิทธิภาพดีมีการกระเพื่อมน้อยที่สุดและการควบคุมสายและโหลดที่ยอดเยี่ยม

สร้างขึ้นโดยใช้ชิ้นส่วนเพิ่มเติมจำนวนน้อยมากโมดูลควบคุมนั้นใช้งานง่ายและประกอบด้วยการชดเชยความถี่ในตัวพร้อมกับออสซิลเลเตอร์ความถี่คงที่

วงจรควบคุม PWM มีอัตราส่วนหน้าที่ปรับได้ในอัตราคงที่ตั้งแต่ 0 ถึง 100% IC XL4015 ยังมีฟังก์ชันการป้องกันกระแสเกินในตัว

เมื่อตรวจพบการลัดวงจรที่เอาต์พุตความถี่ในการทำงานจะลดลงทันทีจาก 180 KHz เป็น 48 KHz ทำให้แรงดันและกระแสไฟฟ้าขาออกลดลงทันที

ชิปมีบล็อกการชดเชยแบบครบวงจรโดยไม่ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบภายนอกใด ๆ

XL4015 IC คุณสมบัติหลัก

1. ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตกว้าง 8V ถึง 36V
2. แรงดันขาออกสามารถปรับได้ตั้งแต่ 1.25V ถึง 32V
3. Maximum Duty Cycle อาจสูงถึง 100%
4. เอาท์พุท Drop-Out เพียง 0.3V
5. การเปลี่ยนความถี่คงที่ 180 kHz
6. กระแสไฟขาออกคงที่ที่ 5A
7. Power MOSFET ในตัวช่วยให้มั่นใจได้ถึงการปรับแรงดันไฟฟ้า / กระแสไฟฟ้าให้เหมาะสม
8. ประสิทธิภาพการทำงานน่าประทับใจมากที่ 96%
9. การควบคุมสายและการบรรทุกดีมาก
10. IC มีฟังก์ชันปิดระบบระบายความร้อนที่ควบคุมภายใน
11. นอกจากนี้ยังมีฟังก์ชัน จำกัด กระแสไฟฟ้าในตัว
12. ไม่จำเป็นต้องพูดชิปยังมีคุณสมบัติการป้องกันเอาต์พุตสั้น

ข้อเสียที่สำคัญ

แม้ว่าโมดูล XL4015 จะเต็มไปด้วยคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมายที่ตัวแปลงบั๊กจำเป็นต้องมี แต่ก็ขาดสิ่งอำนวยความสะดวกหลักอย่างหนึ่ง

โมดูลไม่มีการจัดเตรียมสำหรับการปรับกระแสเอาต์พุตไปยังระดับที่ต้องการตามข้อกำหนดของโหลด

ดังนั้นหากคุณต้องการ ชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion ด้วยโมดูล XL4015 พูดที่อัตรา 2 แอมป์คุณจะไม่สามารถทำได้เนื่องจากข้อเสียดังกล่าวข้างต้น

ในทำนองเดียวกันหากคุณต้องการขับ LED 3.3 V ที่อัตรากระแสสูงสุด 3 แอมป์คุณจะต้องผิดหวังเช่นเดียวกันเนื่องจากโมดูลได้รับการจัดอันดับที่กระแสคงที่ 5 แอมป์

XL4015 ทำงานอย่างไร

Schmetaic การทำงานพื้นฐานของตัวแปลงบั๊ก XL4015 แสดงไว้ด้านล่าง:

วงจรได้รับการกำหนดค่าให้สร้าง 5 V คงที่ที่เอาต์พุตกระแสคงที่ 5 แอมป์เพื่อตอบสนองต่ออินพุตของแหล่งจ่ายที่ 8 V ถึง 36 V ข้อกำหนดกำลังไฟฟ้าอินพุตจะต้องสูงกว่ากำลังขับซึ่งหมายความว่ากำลังวัตต์ของแหล่งจ่ายอินพุตต้อง สูงกว่า 5 V x 5 A = 25 W

ดังนั้นหากใช้แหล่งจ่ายอินพุต 36 V กระแสอินพุตควรสูงกว่า 25/36 = 0.7 แอมป์ ถ้าใช้ 8 V กระแสอินพุตอาจสูงกว่า 25/8 = 3 แอมป์เป็นต้น

วงจรภายในของ IC XL4015 ประกอบด้วยองค์ประกอบพื้นฐานเช่นออสซิลเลเตอร์และแอมป์ข้อผิดพลาด ความถี่ออสซิลเลเตอร์ 180 kHz ที่คำนวณและควบคุมอย่างดีถูกสร้างขึ้นที่ pin3 (SW) สำหรับป้อนคอนฟิกูเรชันตัวแปลงบั๊กภายนอกซึ่งประกอบด้วยไดโอดตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ สิ่งนี้ช่วยให้ขั้นตอนบั๊กสามารถประมวลผลอินพุตไปยังเอาต์พุต 5 V, 5 A ที่แม่นยำ

pin2 (FB) ทำหน้าที่เป็นอินพุตสำหรับข้อเสนอแนะของแอมป์ข้อผิดพลาด อินพุตขั้นต่ำ 1.25 V ที่พินนี้เพียงพอที่จะเริ่มกระบวนการปิดระบบสำหรับ IC

สามารถมองเห็น pinout นี้ได้กำหนดค่าด้วยตัวแบ่งที่มีศักยภาพ R1, R2 ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกจะไม่เกินช่วง 5 V ซึ่งจะทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 1.25 V เพื่อพัฒนาที่พิน FB เพื่อเริ่มกระบวนการปิดระบบสำหรับ IC จึงป้องกันไม่ให้เอาต์พุตข้ามระดับ 5 V

นอกจากนี้ยังหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกสามารถปรับเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ได้เช่น 12 V หรือ 15 V โดยการเปลี่ยนค่าตัวแบ่งข้อเสนอแนะ R1 / R2 ให้เหมาะสม

R1 / R2 สามารถแก้ไขได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้เพื่อรับแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการ:

Vout = 1.25 x (1 + R2 / R1)

ปรับขีด จำกัด ปัจจุบัน

ดังที่เราเห็นจากแผนผังโมดูล XL4015 ไม่รวมคุณลักษณะการ จำกัด กระแสซึ่งเห็นได้ชัดว่าเป็นข้อ จำกัด ที่สำคัญของโมดูล

อย่างไรก็ตามโมดูลนี้มีการปิด pinout FB ที่สามารถกำหนดค่าด้วยภายนอกได้ วงจร จำกัด กระแส สำหรับการบรรลุคุณสมบัติ สิ่งนี้สามารถนำไปใช้ได้ตามที่ระบุไว้ในแผนภาพต่อไปนี้:

RX อาจคำนวณได้โดยใช้กฎของโอห์ม:

RX = 0.2 / ขีด จำกัด ปัจจุบัน

เนื่องจากทรานซิสเตอร์สองตัวเชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่มีอัตราขยายสูงมากความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นเพียง 0.2 V ใน RX จึงน่าจะเพียงพอที่จะทริกเกอร์พิน FB ของ IC และเริ่มต้นการดำเนินการ จำกัด ปัจจุบัน

ทันทีที่กระแสมีแนวโน้มเกินขีด จำกัด ที่ต้องการทำให้ศักยภาพขั้นต่ำที่ต้องการในการพัฒนาข้าม RX ทำให้ NPN ดำเนินการซึ่งจะทำให้ PNP BJT ยาก การดำเนินการจะให้ DC บวกที่ตั้งใจไว้บนพิน FB เริ่มต้นการปิดเครื่อง

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นกระแสเอาต์พุตจะลดลงต่ำกว่าขีด จำกัด ที่ตั้งไว้การปิด BJT และการกู้คืนสภาพก่อนหน้าซึ่งกระแสจะเริ่มต้นอีกครั้งเกินขีด จำกัด ที่ตั้งไว้ในการเปิด BJTs วงจรจะยังคงทำซ้ำเพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าจะยังคงอยู่ในขีด จำกัด ที่ตั้งไว้เสมอ

ด้วยการจัดเรียงนี้ XL4015 จึงมาพร้อมกับคุณสมบัติขีด จำกัด กระแสเอาต์พุตที่ปรับได้ที่มีประโยชน์มาก

XL4015 Alternative (วงจรเทียบเท่า)

แม้ว่าโมดูล XL4015 จะหาซื้อได้ง่ายจากร้านค้าออนไลน์ส่วนใหญ่ แต่ IC ไม่ได้ผลิตโดยแบรนด์ที่มีชื่อเสียงและอาจมีแนวโน้มที่จะล้าสมัยได้ทุกเมื่อ

ดังนั้นการมีวงจรคอนเวอร์เตอร์บั๊กแบบปรับได้ 5 V ทางเลือกโดยใช้ส่วนประกอบแยกดูจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่ามาก

แผนภาพต่อไปนี้แสดงตัวแปลงบัค 5 V ที่มีประสิทธิภาพมากโดยใช้ตัวแปลงยอดนิยม TL494 ชิป:

ตัวอย่างด้านบนแสดงตัวแปลงบัค 5 V ที่เรียบง่าย แต่สะดวกสบายมากเทียบเท่ากับ XL4015

ที่นี่จะแสดงแอปพลิเคชั่นตัวแปลงบั๊กอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งสามารถนำไปใช้กับตัวแปลง DC เป็น DC อื่น ๆ ที่ต้องการได้

การใช้ TL494 ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการออกแบบจะไม่ล้าสมัยโดยง่ายและการเปลี่ยน IC จะพร้อมใช้งานเมื่อใดก็ตามที่ต้องการ

ในที่นี้ลูปข้อเสนอแนะของแอมป์ข้อผิดพลาดจะกำหนดกระแสเอาต์พุตโดยการตั้งค่าเครือข่ายตัวแบ่งที่มีศักยภาพที่สร้างขึ้นรอบ R8 / R9

สามารถปรับกระแสได้โดยการปรับตัวต้านทาน R13 ให้เหมาะสม

R13 = 0.2 / ขีด จำกัด กระแสสูงสุด

ข้อดีอีกอย่างของการใช้ตัวแปลงบั๊กที่สร้างขึ้นอย่างไม่ถูกต้องด้านบนคือระดับกระแสเอาต์พุตซึ่งไม่ จำกัด ที่ 5 แอมป์ แต่สามารถอัพเกรดให้สูงขึ้นได้มากเพียงแค่อัพเกรดทรานซิสเตอร์ความหนาของลวดตัวเหนี่ยวนำและค่าตัวต้านทาน R13