Ändern des XL4015-Abwärtswandlers mit einem einstellbaren Strombegrenzer

In diesem Beitrag wird eine einfache Möglichkeit erläutert, den DC / DC-Abwärtswandler XL4015 mit einem einstellbaren Strombegrenzer zu erweitern, der im Originalmodul zu fehlen scheint.

Über XL4015

Der XL4015 ist ein 180-kHz-Festfrequenz-PWM-Abwärtswandler (Abwärtswandler), der speziell für den Betrieb einer 5-V-, 5-Ampere-Last mit gutem Wirkungsgrad, minimaler Welligkeit und außergewöhnlicher Leitungs- und Lastregelung entwickelt wurde.

Das Reglermodul besteht aus sehr wenigen zusätzlichen Teilen und ist einfach zu handhaben. Es besteht aus einer eingebauten Frequenzkompensation und einem Oszillator mit fester Frequenz.

Die PWM-Steuerschaltung verfügt über ein einstellbares Tastverhältnis mit einer konstanten Rate von 0 bis 100%. Der IC XL4015 verfügt außerdem über eine integrierte Überstromschutzfunktion.

Wenn am Ausgang ein Kurzschluss erkannt wird, wird die Betriebsfrequenz sofort von 180 kHz auf 48 kHz gesenkt, was zu einem sofortigen Abfall der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms führt.

Der Chip verfügt über einen vollständig integrierten Kompensationsblock, ohne von externen Komponenten abhängig zu sein.

XL4015 IC Hauptmerkmale

1. Breiter Eingangsspannungsbereich von 8 V bis 36 V.
2. Die Ausgangsspannung ist von 1,25 V bis 32 V einstellbar
3. Der maximale Arbeitszyklus kann bis zu 100% betragen
4. Der Ausgangsabfall beträgt lediglich 0,3 V.
5. Die Schaltfrequenz ist fest auf 180 kHz eingestellt
6. Der Ausgangsstrom ist konstant bei 5A.
7. Eingebaute Leistungs-MOSFETs gewährleisten eine Hochspannungs- / Stromoptimierung
8. Die Betriebseffizienz ist mit 96% sehr beeindruckend
9. Leitungs- und Lastregelung sind extrem gut
10. Der IC verfügt über eine intern gesteuerte thermische Abschaltfunktion
11. Ebenso verfügt es über eine eingebaute Strombegrenzungsfunktion
12. Selbstverständlich enthält der Chip auch eine Kurzschlussschutzfunktion.

Hauptnachteil

Obwohl das XL4015-Modul mit vielen hervorragenden Funktionen ausgestattet ist, die ein Abwärtswandler haben muss, fehlt ihm eine wichtige Einrichtung.

Das Modul hat keine Anordnung zum Einstellen des Ausgangsstroms auf bevorzugte Pegel gemäß den Lastspezifikationen.

Also wenn du willst Laden Sie einen Li-Ion-Akku auf Mit einem XL4015-Modul, beispielsweise mit einer Ampere-Rate von 2 Ampere, ist dies aufgrund des oben genannten Nachteils nicht möglich.

Wenn Sie eine 3,3-V-LED mit einer maximalen Stromrate von 3 Ampere betreiben möchten, werden Sie ebenfalls enttäuscht sein, da das Modul für einen festen Strom von 5 Ampere ausgelegt ist.

Wie XL4015 funktioniert

Das grundlegende Arbeitsschema des Abwärtswandlers XL4015 ist unten dargestellt:

Die Schaltung ist so konfiguriert, dass sie als Reaktion auf einen Versorgungseingang von 8 V bis 36 V eine feste 5 V bei einem konstanten Stromausgang von 5 Ampere erzeugt. Die Eingangsleistungsspezifikationen müssen höher als die Ausgangsleistung sein, was bedeutet, dass die Eingangsversorgungsleistungskapazität muss höher als 5 V x 5 A = 25 W sein.

Wenn daher eine Eingangsversorgung von 36 V verwendet wird, sollte der Eingangsstrom höher als 25/36 = 0,7 Ampere sein. Wenn 8 V verwendet werden, kann der Eingangsstrom höher als 25/8 = 3 Ampere sein und so weiter.

Die interne Schaltung des IC XL4015 besteht aus den Grundelementen wie einem Oszillator und einem Fehlerverstärker. Die gut berechnete und gesteuerte Oszillatorfrequenz von 180 kHz wird an Pin 3 (SW) erzeugt, um die externe Abwärtswandlerkonfiguration zu speisen, die aus der Diode, der Induktivität und dem Kondensator besteht. Dies ermöglicht der Buck-Stufe, die Eingangsversorgung auf einen präzisen 5 V, 5 A Ausgang zu verarbeiten.

Der Pin2 (FB) fungiert als Eingang für die Rückmeldung des Fehlerverstärkers. Ein Eingang von mindestens 1,25 V an dieser Pinbelegung reicht aus, um den Abschaltvorgang für den IC zu starten.

Diese Pinbelegung ist mit einem Potentialteiler R1, R2 konfiguriert, der sicherstellt, dass die Ausgangsspannung niemals über den 5-V-Bereich hinausgeht, wodurch sich am FB-Pin eine Spannung von mehr als 1,25 V entwickelt, die den Abschaltvorgang für auslöst den IC, wodurch verhindert wird, dass der Ausgang den 5-V-Pegel überschreitet.

Dies impliziert auch, dass die Ausgangsspannung durch geeignetes Variieren der R1 / R2-Rückkopplungsteilerwerte auf andere Spannungspegel wie 12 V oder 15 V eingestellt werden könnte.

Der R1 / R2 kann auch mit der folgenden Formel fixiert werden, um die gewünschte Ausgangsspannung zu erhalten:

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

Strombegrenzung anpassen

Wie aus dem Schaltplan ersichtlich ist, enthält das XL4015-Modul keine Strombegrenzungsfunktion, die anscheinend eine wesentliche Einschränkung des Moduls darstellt.

Das Modul enthält jedoch einen Pinbelegungs-FB zum Herunterfahren, der mit einem externen konfiguriert werden kann Strombegrenzungsschaltung , um die Funktion zu erreichen. Dies könnte wie in der folgenden Abbildung dargestellt implementiert werden:

Der RX kann nach dem Ohmschen Gesetz berechnet werden:

RX = 0,2 / Strombegrenzung

Da die beiden Transistoren mit einem sehr hohen Verstärkungsausgang verdrahtet sind, sollte eine Potentialdifferenz von nur 0,2 V über RX ausreichen, um den FB-Pin des IC auszulösen und die Strombegrenzungsaktion einzuleiten.

Sobald der Strom dazu neigt, den gewünschten Grenzwert zu überschreiten, entwickelt sich über RX das erforderliche Mindestpotential, wodurch der NPN leitet, was wiederum den PNP-BJT hart auslöst. Die Aktion liefert den beabsichtigten positiven Gleichstrom am FB-Pin und leitet die Abschaltung ein.

In diesem Fall fällt der Ausgangsstrom unter den eingestellten Grenzwert, wodurch die BJTs ausgeschaltet und der frühere Zustand wiederhergestellt werden, wobei der Strom erneut beginnt, den eingestellten Grenzwert zu überschreiten, der die BJTs einschaltet. Der Zyklus wiederholt sich ständig und stellt sicher, dass der Strom immer innerhalb der eingestellten Grenze bleibt.

Mit dieser Anordnung wird der XL4015 mit der sehr nützlichen einstellbaren Ausgangsstrombegrenzungsfunktion ausgestattet.

XL4015 Alternative (Ersatzschaltung)

Obwohl das XL4015-Modul in den meisten Online-Shops leicht erhältlich ist, wird der IC nicht von renommierten Marken hergestellt und kann jederzeit veraltet sein.

Daher scheint eine alternative einstellbare 5-V-Abwärtswandlerschaltung unter Verwendung diskreter Komponenten eine viel bessere Option zu sein.

Das folgende Diagramm zeigt einen sehr effizienten 5-V-Abwärtswandler unter Verwendung des beliebten TL494 Chip:

Das obige Beispiel zeigt einen einfachen, aber äußerst praktischen 5-V-Abwärtswandler, der dem XL4015 entspricht.

Hier zeigt es eine Solarwechselrichter-Abwärtswandleranwendung, die für jeden anderen gewünschten DC / DC-Wandlerzweck verwendet werden kann.

Die Verwendung von TL494 stellt sicher, dass das Design nicht leicht veraltet ist und der Ersatz für den IC bei Bedarf leicht zugänglich ist.

Auch hier bestimmt eine Rückkopplungsschleife des Fehlerverstärkers den Ausgangsstrom, indem das um R8 / R9 aufgebaute Potentialteilernetzwerk aufgebaut wird.

Der Strom kann durch entsprechende Einstellung des R13-Widerstands eingestellt werden.

R13 = 0,2 / maximale Strombegrenzung

Ein weiterer großer Vorteil der Verwendung des oben genannten diskret gebauten Tiefsetzstellers ist der Ausgangsstrompegel, der nicht auf 5 Ampere beschränkt ist, sondern einfach durch Aufrüsten der Transistoren, der Induktordrahtdicke und des R13-Widerstandswerts auf viel höhere Pegel erhöht werden könnte.