Memodifikasi Konverter Buck XL4015 dengan Pembatas Arus yang Dapat Disetel

Posting ini menjelaskan cara sederhana untuk meningkatkan konverter buck XL4015 DC ke DC dengan pembatas arus yang dapat disesuaikan, yang tampaknya hilang dalam modul aslinya.

Tentang XL4015

XL4015 adalah konverter DC / DC buck (step-down) PWM frekuensi tetap 180 KHz, yang dirancang khusus untuk mengoperasikan beban 5 V, 5 Amp dengan efisiensi yang baik, riak minimal, serta regulasi jalur dan beban yang luar biasa.

Dibangun menggunakan jumlah bagian tambahan yang sangat sedikit, modul pengatur mudah digunakan dan terdiri dari kompensasi frekuensi bawaan bersama dengan osilator frekuensi tetap.

Sirkuit kontrol PWM memiliki rasio tugas yang dapat disesuaikan dengan kecepatan konstan dari 0 hingga 100%. IC XL4015 juga dilengkapi dengan fungsionalitas perlindungan arus berlebih bawaan.

Ketika korsleting terdeteksi pada keluaran, frekuensi operasi secara instan diturunkan dari 180 KHz menjadi 48 KHz, menyebabkan penurunan langsung pada tegangan dan arus keluaran.

Chip tersebut memiliki blok kompensasi yang terintegrasi penuh, tanpa bergantung pada komponen eksternal apa pun.

Fitur Utama IC XL4015

1. Rentang Tegangan Input 8V hingga 36V yang Luas
2. Tegangan output dapat disesuaikan dari 1.25V hingga 32V
3. Siklus Tugas Maksimum bisa mencapai 100%
4. Output Drop-Out hanya 0,3V
5. Frekuensi Switching ditetapkan pada 180 kHz
6. Arus keluaran konstan pada 5A.
7. MOSFET Daya internal memastikan pengoptimalan tegangan / arus tinggi
8. Efisiensi pengoperasian sangat mengesankan pada 96%
9. Pengaturan jalur dan beban sangat baik
10. IC memiliki fungsi penghentian termal yang dikontrol secara internal
11. Selain itu, ia juga dilengkapi fungsi batas arus bawaan
12. Tak perlu dikatakan, chip tersebut juga menyertakan fitur perlindungan pendek keluaran.

Kerugian Besar

Meskipun modul XL4015 dilengkapi dengan banyak fitur luar biasa yang perlu dimiliki konverter uang, modul ini tidak memiliki satu fasilitas utama.

Modul tidak memiliki pengaturan untuk menyesuaikan arus keluaran ke tingkat yang diinginkan, sesuai spesifikasi beban.

Jadi, jika Anda mau mengisi baterai Li-Ion dengan modul XL4015, katakanlah pada kecepatan 2 amp, Anda tidak akan dapat melakukannya, karena kekurangan yang disebutkan di atas.

Demikian pula, jika Anda ingin menggerakkan LED 3,3 V pada laju arus maksimum 3 amp, Anda juga akan kecewa, karena modul diberi nilai pada arus 5 amp tetap.

Bagaimana XL4015 Bekerja

Skema kerja dasar dari konverter buck XL4015 ditunjukkan di bawah ini:

Rangkaian ini dikonfigurasi untuk menghasilkan 5 V tetap pada keluaran arus 5 amp yang konstan sebagai respons terhadap masukan pasokan 8 V hingga 36 V. Spesifikasi daya masukan harus lebih tinggi dari daya keluaran, yang berarti kapasitas watt catu masukan harus lebih tinggi dari 5 V x 5 A = 25 W.

Oleh karena itu, jika suplai input 36 V digunakan, maka arus input harus lebih tinggi dari 25/36 = 0,7 Amps. Jika 8 V digunakan maka arus input bisa lebih tinggi dari 25/8 = 3 Amps, dan seterusnya.

Sirkuit internal IC XL4015 terdiri dari elemen dasar seperti osilator dan amp kesalahan. Frekuensi osilator 180 kHz yang dihitung dan dikendalikan dengan baik dihasilkan pada pin3 (SW) untuk memberi makan konfigurasi konverter buck eksternal yang terdiri dari dioda, induktor, dan kapasitor. Hal ini memungkinkan buck stage untuk memproses suplai input ke output 5 V, 5 A.

Pin2 (FB) berfungsi sebagai input untuk umpan balik amp kesalahan. Input minimum 1,25 V pada pinout ini sudah cukup untuk memulai proses mematikan IC.

Pinout ini dapat dilihat dikonfigurasikan dengan pembagi potensial R1, R2, yang memastikan bahwa tegangan output tidak pernah dapat melampaui kisaran 5 V, yang kemudian menyebabkan tegangan lebih tinggi dari 1,25 V berkembang pada pin FB yang memulai proses mematikan untuk IC, sehingga mencegah keluaran melewati level 5 V.

Ini juga menyiratkan bahwa tegangan output dapat disesuaikan ke level tegangan lain, seperti 12 V atau 15 V, dengan memvariasikan nilai pembagi umpan balik R1 / R2 yang sesuai.

R1 / R2 juga dapat diperbaiki menggunakan rumus berikut, untuk mendapatkan tegangan keluaran yang diinginkan:

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

Penyesuaian Batas Saat Ini

Seperti yang dapat kita lihat dari skema modul XL4015 tidak menyertakan fitur pembatas arus yang ternyata merupakan pembatas utama dari modul tersebut.

Namun, modul tersebut menyertakan FB pinout shut down yang dapat dikonfigurasi dengan eksternal sirkuit pembatas arus , untuk menyempurnakan fitur tersebut. Ini dapat diimplementasikan seperti yang ditunjukkan pada diagram berikut:

RX dapat dihitung menggunakan hukum Ohm:

RX = 0.2 / Batas Arus

Karena kedua transistor disambungkan dengan output gain yang sangat tinggi, perbedaan potensial hanya 0,2 V di RX seharusnya cukup untuk memicu pin FB dari IC dan memulai tindakan pembatasan arus.

Begitu arus cenderung melebihi batas yang diinginkan, menyebabkan potensi minimum yang diperlukan untuk berkembang melintasi RX menyebabkan NPN bekerja, yang pada gilirannya memicu PNP BJT keras. Tindakan tersebut memasok DC positif yang dimaksud pada pin FB, yang memulai pematian.

Ketika ini terjadi, arus keluaran turun di bawah batas yang ditetapkan, mematikan BJT dan memulihkan kondisi sebelumnya, di mana arus mulai lagi melebihi batas yang ditetapkan dengan menyalakan BJT. Siklus terus berulang, memastikan arus selalu dalam batas yang ditentukan.

Dengan pengaturan ini, XL4015 dilengkapi dengan fitur batas arus keluaran yang dapat disesuaikan yang sangat berguna.

XL4015 Alternatif (Sirkuit Setara)

Meskipun, modul XL4015 tersedia dengan mudah di sebagian besar toko online, IC tidak diproduksi oleh merek terkenal, dan mungkin cenderung menjadi usang kapan saja.

Oleh karena itu, memiliki rangkaian konverter buck 5 V alternatif yang menggunakan komponen diskrit tampaknya merupakan pilihan yang jauh lebih baik.

Diagram berikut menunjukkan konverter buck 5 V yang sangat efisien menggunakan populer TL494 chip:

Contoh di atas menunjukkan konverter buck 5 V sederhana namun sangat praktis dan presisi yang setara untuk XL4015.

Di sini, ini menunjukkan aplikasi konverter buck inverter surya, yang dapat diadopsi untuk tujuan konverter DC ke DC lain yang diinginkan.

Penggunaan TL494 memastikan bahwa desain tidak akan mudah usang dan penggantian IC akan mudah diakses kapan pun diperlukan.

Di sini juga, loop umpan balik amp kesalahan menentukan arus keluaran dengan menyiapkan jaringan pembagi potensial yang dibangun di sekitar R8 / R9.

Arus dapat disesuaikan dengan mengutak-atik resistor R13 secara tepat.

R13 = 0.2 / Batas Arus Maks

Keuntungan besar lainnya menggunakan konverter buck yang dibuat secara terpisah di atas adalah tingkat arus keluaran, yang tidak terbatas pada 5 amp, melainkan dapat ditingkatkan ke tingkat yang lebih tinggi hanya dengan meningkatkan transistor, ketebalan kawat induktor dan nilai resistor R13.