Modificació del convertidor XL4015 Buck amb un limitador de corrent ajustable

El missatge explica una manera senzilla de millorar el convertidor XL4015 de CC a CC amb un limitador de corrent ajustable, que sembla que falta al mòdul original.

Quant a XL4015

El XL4015 és un convertidor de CC / CC de freqüència fixa PWM de 180 KHz (reduït), dissenyat especialment per operar una càrrega de 5 V, 5 A amb bona eficiència, una ondulació mínima i una regulació de càrrega i línies excepcional.

Construït amb molt pocs components addicionals, el mòdul regulador és fàcil de treballar i consisteix en una compensació de freqüència integrada juntament amb un oscil·lador de freqüència fixa.

El circuit de control PWM presenta una relació de treball ajustable a una velocitat constant del 0 al 100%. L'IC XL4015 també compta amb una funcionalitat de protecció contra sobrecorrent integrada.

Quan es detecta un curtcircuit a la sortida, la freqüència de funcionament es redueix instantàniament de 180 KHz a 48 KHz, provocant una caiguda immediata de la tensió i el corrent de sortida.

El xip té un bloc de compensació totalment integrat, sense dependre de components externs.

XL4015 IC Característiques principals

1. Ampla gamma de voltatge d'entrada de 8V a 36V
2. El voltatge de sortida es pot ajustar d’1,25 V a 32 V.
3. El cicle de treball màxim pot arribar fins al 100%
4. La sortida de sortida és només 0,3V
5. La freqüència de commutació es fixa a 180 kHz
6. El corrent de sortida és constant a 5A.
7. Els MOSFET de potència integrats garanteixen una optimització d’alta tensió / corrent
8. L’eficiència operativa és impressionant al 96%
9. La regulació de la línia i la càrrega són extremadament bones
10. IC presenta una funció d’aturada tèrmica controlada internament
11. De la mateixa manera, també inclou una funció de límit de corrent integrada
12. No cal dir que el xip també inclou una funció de protecció contra sortida curta.

Desavantatge major

Tot i que el mòdul XL4015 està carregat de moltes funcions excel·lents que ha de tenir un convertidor de dòlars, no té cap facilitat important.

El mòdul no té cap configuració per ajustar el corrent de sortida als nivells preferits, segons les especificacions de càrrega.

Així que si voleu carregueu una bateria de Li-Ion amb un mòdul XL4015, per exemple, a una velocitat de 2 amplificadors, no podreu fer-ho, a causa de l’inconvenient esmentat anteriorment.

De la mateixa manera, si voleu conduir un LED de 3,3 V a una velocitat de corrent màxima de 3 amperes, també us decebrà, ja que el mòdul té una intensitat fixa de 5 amperis.

Com funciona XL4015

A continuació es mostra l’esquemàtic bàsic del convertidor Buck XL4015:

El circuit està configurat per produir 5 V fixos a una sortida de corrent constant de 5 A en resposta a una entrada d’alimentació de 8 V a 36 V. Les especificacions de potència d’entrada han de ser superiors a la potència de sortida, és a dir, la capacitat de potència de subministrament d’entrada ha de ser ser superior a 5 V x 5 A = 25 W.

Per tant, si s’utilitza una font d’entrada de 36 V, el corrent d’entrada hauria de ser superior a 25/36 = 0,7 amperes. Si s’utilitza 8 V, el corrent d’entrada pot ser superior a 25/8 = 3 amperes, etc.

El circuit intern de l'IC XL4015 consta d'elements bàsics com un oscil·lador i un amplificador d'error. La freqüència de l’oscil·lador de 180 kHz ben calculada i controlada es genera al pin3 (SW) per alimentar la configuració del convertidor de dòlars extern que consisteix en el díode, l’inductor i el condensador. Això permet a la fase Buck processar el subministrament d'entrada a una sortida precisa de 5 V, 5 A.

El pin2 (FB) funciona com a entrada per a la retroalimentació de l'amperador d'error. Un mínim d’1,25 V d’entrada en aquest pinout és suficient per iniciar el procés d’aturada de l’IC.

Aquest pinout es pot veure configurat amb un divisor de potencial R1, R2, que garanteix que la tensió de sortida no pugui superar mai el rang de 5 V, cosa que provoca que es desenvolupi una tensió superior a 1,25 V al pin FB iniciant el procés d’aturada per a IC, evitant així que la sortida creixi el nivell de 5 V.

Això també implica que la tensió de sortida es podria ajustar a altres nivells de tensió, com 12 V o 15 V, variant adequadament els valors del divisor de retroalimentació R1 / R2.

El R1 / R2 també es pot fixar mitjançant la següent fórmula, per obtenir el voltatge de sortida desitjat:

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

Ajust del límit actual

Com podem veure a l’esquema, el mòdul XL4015 no inclou cap característica limitant actual que aparentment és una limitació important del mòdul.

Tot i així, el mòdul inclou un pinout FB apagat que es podria configurar amb un extern circuit limitador de corrent , per aconseguir la funció. Això es podria implementar tal com s'indica al diagrama següent:

El RX es pot calcular utilitzant la llei d'Ohm:

RX = 0,2 / límit de corrent

Com que els dos transistors estan connectats amb una sortida de guany molt elevada, una diferència de potencial de només 0,2 V a través de RX hauria de ser suficient per activar el pin FB del CI i iniciar l’acció limitadora actual.

Tan aviat com el corrent tendeix a superar el límit desitjat, fa que es desenvolupi el potencial mínim requerit a través de RX, provocant la conducta de l'NPN, que al seu torn provoca el PNJ BJT dur. L'acció subministra el CC positiu previst al pin FB, iniciant el tancament.

Quan això passa, el corrent de sortida cau per sota del límit establert, apagant els BJT i ​​restaurant la condició anterior, en què el corrent torna a començar a superar el límit establert en activar els BJT. El cicle es repeteix i assegura que el corrent es mantingui sempre dins del límit establert.

Amb aquesta disposició, l’XL4015 s’equipa amb la útil funció de límit de corrent de sortida ajustable.

XL4015 Alternative (Circuit equivalent)

Tot i que el mòdul XL4015 està fàcilment disponible a la majoria de botigues en línia, l’IC no està fabricat per marques de renom i pot ser propens a quedar obsolet en qualsevol moment.

Per tant, tenir un circuit alternatiu de convertidor de 5 V ajustable mitjançant components discrets sembla ser una opció molt millor.

El següent diagrama mostra un convertidor de 5 V de dòlar molt eficient que utilitza el popular TL494 xip:

L'exemple anterior mostra un convertidor de 5 V de precisió senzill però extremadament útil, de precisió, equivalent per al XL4015.

Aquí mostra una aplicació de convertidor de dòlars inversor solar, que es pot adoptar per a qualsevol altre propòsit de convertidor de CC a CC desitjat.

L'ús de TL494 garanteix que el disseny no quedarà obsolet fàcilment i la substitució de l'IC serà fàcilment accessible sempre que sigui necessari.

Aquí també, un bucle de retroalimentació d’amperes d’error determina el corrent de sortida configurant la xarxa divisora ​​potencial construïda al voltant de R8 / R9.

El corrent es pot ajustar ajustant adequadament la resistència R13.

R13 = 0,2 / límit màxim de corrent

Un altre gran avantatge d’utilitzar el convertidor de conversió discret construït anteriorment és el nivell de corrent de sortida, que no es limita a 5 amperes, sinó que es podria actualitzar a nivells molt més elevats simplement actualitzant els transistors, el gruix del fil de l’inductor i el valor de la resistència R13.