Ändring av XL4015 Buck Converter med en justerbar strömbegränsare

Inlägget förklarar ett enkelt sätt att förbättra XL4015 DC till DC buck-omvandlaren med en justerbar strömbegränsare, som verkar saknas i originalmodulen.

Om XL4015

XL4015 är en 180 KHz fast frekvens PWM-bock (steg-ned) DC / DC-omvandlare, speciellt utformad för att driva en 5 V, 5 Amp-belastning med god effektivitet, minimal krusning och exceptionell linje- och belastningsreglering.

Regulatormodulen är byggd med ett fåtal ytterligare delar och är enkel att arbeta med och består av inbyggd frekvenskompensation tillsammans med en fastfrekvensoscillator.

PWM-styrkretsen har justerbart arbetsförhållande med en konstant hastighet från 0 till 100%. IC XL4015 har också en inbyggd överströmsskyddsfunktionalitet.

När en kortslutning detekteras vid utgången sänks driftsfrekvensen direkt från 180 KHz till 48 KHz, vilket orsakar en omedelbar nedgång i utgångsspänningen och strömmen.

Chipet har ett helt integrerat kompensationsblock utan att bero på externa komponenter.

XL4015 IC Huvudfunktioner

1. Brett 8V till 36V ingångsspänningsområde
2. Utgångsspänningen är justerbar från 1,25V till 32V
3. Maximal arbetscykel kan vara så hög som 100%
4. Output Drop-Out är bara 0,3V
5. Växelfrekvensen är fast vid 180 kHz
6. Utgångsströmmen är konstant vid 5A.
7. Inbyggda Power MOSFETs garanterar högspänning / strömoptimering
8. Driftseffektivitet är mycket imponerande med 96%
9. Linje- och lastreglering är extremt bra
10. IC har en internt kontrollerad termisk avstängningsfunktion
11. På samma sätt har den också en inbyggd strömgränsfunktion
12. Självfallet innehåller chipet också en funktion för kort skydd.

Stor nackdel

Även om XL4015-modulen är laddad med många utmärkta funktioner som en buck-omvandlare behöver ha, saknar den en större anläggning.

Modulen har inget arrangemang för att justera utströmmen till önskade nivåer, enligt lastspecifikationerna.

Så om du vill ladda ett Li-Ion-batteri med en XL4015-modul, säg med en hastighet på 2 ampere, kommer du inte att kunna göra det på grund av ovannämnda nackdel.

På samma sätt, om du vill köra en 3,3 V LED med maximal strömhastighet på 3 ampere, skulle du också bli besviken, eftersom modulen har en fast 5 amp-ström.

Hur XL4015 fungerar

Den grundläggande arbetsmetoden för XL4015 buck-omvandlaren visas nedan:

Kretsen är konfigurerad för att producera en fast 5 V vid en konstant 5 amp strömutgång som svar på en matningsingång på 8 V till 36 V. Ingångseffektspecifikationerna måste vara högre än uteffekten, vilket innebär att ingångseffektens effektkapacitet måste vara högre än 5 V x 5 A = 25 W.

Därför, om en ingångsförsörjning på 36 V används, bör ingångsströmmen vara högre än 25/36 = 0,7 ampere. Om 8 V används kan ingångsströmmen vara högre än 25/8 = 3 ampere och så vidare.

IC XL4015: s interna kretsar består av grundelementen som en oscillator och en felförstärkare. Den välberäknade och kontrollerade oscillatorfrekvensen på 180 kHz genereras vid pin3 (SW) för matning av den externa buck-omvandlarens konfiguration bestående av dioden, induktorn och kondensatorn. Detta gör det möjligt för bocksteget att bearbeta ingångsförsörjningen till en exakt 5 V, 5 A-utgång.

Pin2 (FB) fungerar som ingång för återkoppling av felförstärkaren. Minst 1,25 V-ingång vid denna pinout räcker för att starta avstängningsprocessen för IC.

Denna pinout kan ses konfigurerad med en potentialdelare R1, R2, vilket säkerställer att utspänningen aldrig kan gå utöver 5 V-området, vilket sedan får en spänning högre än 1,25 V att utvecklas vid FB-stiftet som initierar avstängningsprocessen för IC, vilket förhindrar att utgången passerar 5 V-nivån.

Detta innebär också att utspänningen kan justeras till andra spänningsnivåer, såsom 12 V eller 15 V, genom att på lämpligt sätt variera R1 / R2 återkopplingsdelarvärdena.

R1 / R2 kan också fixeras med följande formel för att få önskad utspänning:

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

Strömgränsjustering

Som vi kan se från schemat innehåller inte XL4015-modulen en strömbegränsande funktion som tydligen är en viktig begränsning av modulen.

Modulen innehåller dock en avstängd pinout FB som kan konfigureras med en extern strömbegränsarkrets , för att utföra funktionen. Detta kan implementeras som anges i följande diagram:

RX kan beräknas med Ohms lag:

RX = 0,2 / Strömgräns

Eftersom de två transistorerna är kopplade med en mycket hög förstärkningsutgång bör en potentialskillnad på bara 0,2 V över RX vara tillräcklig för att utlösa FB-stiftet på IC och initiera den nuvarande begränsande åtgärden.

Så snart strömmen tenderar att överskrida den önskade gränsen, orsakar den nödvändiga minimipotentialen att utvecklas över RX vilket får NPN att leda, vilket i sin tur utlöser PNP BJT hårt. Åtgärden levererar den avsedda positiva likströmmen på FB-stiftet och initierar avstängningen.

När detta händer sjunker utgångsströmmen under den inställda gränsen, stänger av BJT: erna och återställer det tidigare tillståndet, varvid strömmen ännu en gång börjar överskrida den inställda gränsen för att slå på BJT: erna. Cykeln fortsätter att upprepas och säkerställer att strömmen alltid ligger inom den inställda gränsen.

Med detta arrangemang blir XL4015 utrustad med den mycket användbara justerbara utgångsströmgränsfunktionen.

XL4015 Alternativ (motsvarande krets)

Även om XL4015-modulen är lätt tillgänglig från de flesta onlinebutiker, tillverkas inte IC av kända varumärken och kan vara benägen att bli föråldrad när som helst.

Därför verkar det vara ett mycket bättre alternativ att ha en alternativ 5 V-justerbar krets omvandlare med diskreta komponenter.

Följande diagram visar en mycket effektiv 5 V buck-omvandlare med den populära TL494 chip:

Exemplet ovan visar en enkel men extremt praktisk, precis 5 V buck-omvandlare motsvarande för XL4015.

Här visar den en sol-omvandlare-applikation för omvandlare, som kan antas för alla andra önskade DC till DC-omvandlare.

Användningen av TL494 säkerställer att designen inte blir föråldrad lätt och att ersättningen för IC kommer att vara lättillgänglig när det behövs.

Även här bestämmer en återkopplingsslinga för felförstärkare utströmmen genom att ställa in det potentiella delningsnätverket som är byggt runt R8 / R9.

Strömmen kan justeras genom att justera R13-motståndet på rätt sätt.

R13 = 0,2 / Max strömgräns

En annan stor fördel med att använda ovanstående diskret byggda buck-omvandlare är utgångsströmnivån, som inte är begränsad till 5 ampere, utan skulle kunna uppgraderas till mycket högre nivåer helt enkelt genom att uppgradera transistorerna, induktorns trådtjocklek och R13-motståndsvärdet.