Sửa đổi XL4015 Buck Converter với một giới hạn dòng điện có thể điều chỉnh

Bài đăng giải thích một cách đơn giản để nâng cao bộ chuyển đổi XL4015 DC sang DC buck với bộ giới hạn dòng điện có thể điều chỉnh, dường như bị thiếu trong mô-đun ban đầu.

Về XL4015

XL4015 là bộ chuyển đổi DC / DC tần số cố định 180 KHz PWM (bước xuống), được thiết kế đặc biệt để vận hành tải 5 V, 5 Amp với hiệu suất tốt, độ gợn sóng tối thiểu và điều chỉnh dòng và tải đặc biệt.

Được chế tạo bằng cách sử dụng rất ít bộ phận bổ sung, mô-đun điều chỉnh dễ làm việc và bao gồm bù tần số tích hợp cùng với bộ dao động tần số cố định.

Mạch điều khiển PWM có tỷ lệ nhiệm vụ có thể điều chỉnh với tốc độ không đổi từ 0 đến 100%. IC XL4015 cũng có chức năng bảo vệ quá dòng được tích hợp sẵn.

Khi phát hiện đoản mạch ở đầu ra, tần số hoạt động ngay lập tức giảm từ 180 KHz xuống 48 KHz, gây ra giảm điện áp và dòng điện đầu ra ngay lập tức.

Chip có một khối bù trừ được tích hợp đầy đủ, không phụ thuộc vào bất kỳ thành phần bên ngoài nào.

Các tính năng chính của IC XL4015

1. Dải điện áp đầu vào rộng 8V đến 36V
2. Điện áp đầu ra có thể điều chỉnh từ 1,25V đến 32V
3. Chu kỳ nhiệm vụ tối đa có thể cao tới 100%
4. Ngõ ra đầu ra chỉ là 0,3V
5. Tần số chuyển mạch được cố định ở 180 kHz
6. Dòng ra không đổi ở 5A.
7. MOSFET nguồn tích hợp đảm bảo tối ưu hóa điện áp / dòng điện cao
8. Hiệu suất hoạt động rất ấn tượng 96%
9. Điều chỉnh dòng và tải cực kỳ tốt
10. IC có chức năng ngắt nhiệt được điều khiển bên trong
11. Tương tự như vậy, nó cũng có chức năng giới hạn dòng điện tích hợp sẵn
12. Không cần phải nói, chip cũng bao gồm một tính năng bảo vệ ngắn đầu ra.

Bất lợi chính

Mặc dù mô-đun XL4015 được tải với nhiều tính năng tuyệt vời mà bộ chuyển đổi buck cần phải có, nhưng nó thiếu một cơ sở chính.

Mô-đun không có sự sắp xếp để điều chỉnh dòng điện đầu ra thành các mức ưu tiên, theo thông số kỹ thuật tải.

Vì vậy, nếu bạn muốn sạc pin Li-Ion với mô-đun XL4015, giả sử ở tốc độ 2 amp, bạn sẽ không thể làm điều đó, do nhược điểm đã đề cập ở trên.

Tương tự, nếu bạn muốn điều khiển đèn LED 3,3 V ở tốc độ dòng điện tối đa 3 amp, bạn cũng sẽ thất vọng vì mô-đun được đánh giá ở dòng điện 5 amp cố định.

Cách XL4015 hoạt động

Schmetaic hoạt động cơ bản của bộ chuyển đổi Buck XL4015 được hiển thị bên dưới:

Mạch được cấu hình để tạo ra 5 V cố định ở đầu ra dòng điện 5 amp không đổi để đáp ứng với đầu vào nguồn 8 V đến 36 V. Các thông số kỹ thuật của nguồn đầu vào phải cao hơn công suất đầu ra, có nghĩa là công suất nguồn điện đầu vào phải cao hơn 5 V x 5 A = 25 W.

Do đó, nếu nguồn cung cấp đầu vào 36 V được sử dụng, thì dòng điện đầu vào phải cao hơn 25/36 = 0,7 Amps. Nếu 8 V được sử dụng thì dòng điện đầu vào có thể cao hơn 25/8 = 3 Amps, v.v.

Mạch bên trong của IC XL4015 bao gồm các phần tử cơ bản như bộ dao động và bộ khuếch đại lỗi. Tần số dao động 180 kHz được tính toán và kiểm soát tốt được tạo ra ở chân 3 (SW) để cung cấp cấu hình bộ chuyển đổi buck bên ngoài bao gồm diode, cuộn cảm và tụ điện. Điều này cho phép giai đoạn buck xử lý nguồn cung cấp đầu vào thành đầu ra 5 V, 5 A chính xác.

Pin2 (FB) hoạt động như đầu vào cho phản hồi amp lỗi. Đầu vào tối thiểu 1,25 V tại sơ đồ chân này là đủ để bắt đầu quá trình tắt cho IC.

Sơ đồ chân này có thể được định cấu hình với một bộ chia tiềm năng R1, R2, đảm bảo rằng điện áp đầu ra không bao giờ có thể vượt quá phạm vi 5 V, sau đó gây ra điện áp cao hơn 1,25 V để phát triển tại chân FB bắt đầu quá trình tắt cho IC, do đó ngăn đầu ra vượt qua mức 5 V.

Điều này cũng ngụ ý rằng điện áp đầu ra có thể được điều chỉnh thành các mức điện áp khác, chẳng hạn như 12 V hoặc 15 V, bằng cách thay đổi phù hợp các giá trị bộ chia phản hồi R1 / R2.

R1 / R2 cũng có thể được cố định bằng cách sử dụng công thức sau, để có được điện áp đầu ra mong muốn:

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

Điều chỉnh giới hạn hiện tại

Như chúng ta có thể thấy từ sơ đồ, mô-đun XL4015 không bao gồm tính năng giới hạn dòng điện, đây rõ ràng là một hạn chế lớn của mô-đun.

Tuy nhiên, mô-đun bao gồm một FB sơ đồ đã tắt có thể được định cấu hình với một mạch giới hạn dòng điện , để hoàn thành tính năng. Điều này có thể được thực hiện như được chỉ ra trong sơ đồ sau:

RX có thể được tính bằng cách sử dụng định luật Ohm:

RX = 0,2 / Giới hạn hiện tại

Vì hai bóng bán dẫn được nối dây với đầu ra khuếch đại rất cao, chênh lệch tiềm năng chỉ 0,2 V trên RX là đủ để kích hoạt chân FB của IC và bắt đầu hành động hạn chế dòng điện.

Ngay khi dòng điện có xu hướng vượt quá giới hạn mong muốn, gây ra tiềm năng tối thiểu cần thiết phát triển trên RX khiến NPN dẫn điện, do đó kích hoạt PNP BJT cứng. Hành động cung cấp DC tích cực dự định trên chân FB, bắt đầu quá trình tắt.

Khi điều này xảy ra, dòng điện đầu ra giảm xuống dưới giới hạn đã đặt, TẮT các BJT và khôi phục tình trạng trước đó, trong đó dòng điện lại bắt đầu vượt quá giới hạn đã đặt, BẬT BJTs. Chu kỳ tiếp tục lặp lại, đảm bảo dòng điện luôn duy trì trong giới hạn đã đặt.

Với sự sắp xếp này, XL4015 được trang bị tính năng giới hạn dòng điện đầu ra có thể điều chỉnh rất hữu ích.

XL4015 thay thế (mạch tương đương)

Mặc dù, mô-đun XL4015 có sẵn dễ dàng từ hầu hết các cửa hàng trực tuyến, nhưng vi mạch không được sản xuất bởi các thương hiệu có uy tín và có thể dễ bị lỗi thời bất cứ lúc nào.

Do đó, có một mạch chuyển đổi buck điều chỉnh 5 V thay thế sử dụng các thành phần rời rạc dường như là một lựa chọn tốt hơn nhiều.

Sơ đồ sau đây cho thấy một bộ chuyển đổi 5 V buck rất hiệu quả sử dụng TL494 Chip:

Ví dụ trên cho thấy một bộ chuyển đổi 5 V buck đơn giản nhưng cực kỳ tiện dụng, tương đương với XL4015.

Ở đây, nó cho thấy một ứng dụng bộ chuyển đổi buck của biến tần năng lượng mặt trời, có thể được áp dụng cho bất kỳ mục đích chuyển đổi DC sang DC mong muốn nào khác.

Việc sử dụng TL494 đảm bảo rằng thiết kế sẽ không bị lỗi thời một cách dễ dàng và việc thay thế cho vi mạch sẽ dễ dàng truy cập bất cứ khi nào được yêu cầu.

Ở đây cũng vậy, một vòng lặp phản hồi khuếch đại lỗi xác định dòng điện đầu ra bằng cách thiết lập mạng bộ chia tiềm năng được xây dựng xung quanh R8 / R9.

Dòng điện có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh điện trở R13 một cách thích hợp.

R13 = 0,2 / Giới hạn dòng điện tối đa

Một lợi thế lớn khác của việc sử dụng bộ chuyển đổi buck được xây dựng riêng biệt ở trên là mức dòng điện đầu ra, không giới hạn ở 5 ampe, thay vào đó có thể được nâng cấp lên các mức cao hơn nhiều chỉ đơn giản bằng cách nâng cấp bóng bán dẫn, độ dày dây dẫn và giá trị điện trở R13.