Regulator doładowania Buck wykorzystujący XL6009 z regulowanym napięciem wyjściowym od 3,3 V do 12 V.

Regulator Buck-Boost jest wykonany przy użyciu dwóch różnych topologii, jak sama nazwa wskazuje, składa się z topologii buck i boost. Wiemy już, że topologia regulatora Buck zapewnia mniejszą wielkość napięcia wyjściowego niż napięcie wejściowe, podczas gdy topologia regulatora doładowania zapewnia wyższą wielkość napięcia wyjściowego niż napięcie wejściowe. Zbudowaliśmy już konwerter 12 V do 5 V Buck i obwód konwertera 3,7 V do 5 V Boost przy użyciu popularnego MC34063. Ale czasami możemy potrzebować obwodu, który może zarówno działać jako dolar, jak i regulator doładowania.

Załóżmy na przykład, że jeśli Twoje urządzenie jest zasilane z baterii litowej, zakres napięcia wejściowego będzie wynosić od 3,6 V do 4,2 V. Jeśli to urządzenie wymaga dwóch napięć roboczych 3,3 V i 5 V. Następnie musisz zaprojektować regulator buck-boost, który będzie regulował napięcie z tej baterii litowej na 3,3 V i 5 V. Tak więc w tym samouczku nauczymy się, jak zbudować prosty regulator doładowania i przetestować go na płytce prototypowej pod kątem łatwości budowania. Ten regulator jest przeznaczony do pracy z baterią 9 V i może zapewnić szerokie napięcie wyjściowe w zakresie od 3,3 V do 12 V przy maksymalnym prądzie wyjściowym 4 A.

Wymagane składniki

XL6009
Preset 10k
Dławik 33uH - 2szt
1n4007 - 2szt
SR160 - 1 szt. (Dla maks. Wyjścia 800mA)
Cewka 10uH
Kondensator 100uF
Kondensator 1000uF - 2szt
Kondensator z folii ceramicznej lub poliestrowej 1uF
Źródło zasilania 9 V (bateria lub adapter)
Płytka prototypowa
Przewody do płytki stykowej.

XL6009 Buck-Boost Regulator IC

Istnieje wiele sposobów na zbudowanie obwodu buck-boost, ze względu na ten samouczek będziemy używać słynnego XL6009 DC / DC Converter IC. Wybraliśmy ten układ scalony ze względu na jego łatwą dostępność i przyjazny dla początkujących charakter. Możesz również zapoznać się z artykułem o tym, jak wybrać układ scalony regulatora przełączającego, aby pomóc Ci w wyborze innego regulatora do projektów przełączania.

Głównym elementem jest regulator przełączający XL6009. Pinout z XL6009 i specyfikacje są przedstawione na poniższym obrazie.

Metalowa klapka jest wewnętrznie połączona z pinem przełączającym sterownika XL6009. Opis pinów znajduje się również w powyższej tabeli. Poniżej podano ważne dane techniczne układu XL6009 IC

funkcje

Szeroki zakres napięcia wejściowego od 5 V do 32 V.
Programowanie dodatniego lub ujemnego napięcia wyjściowego za pomocą pojedynczego styku sprzężenia zwrotnego
Kontrola trybu prądowego zapewnia doskonałą reakcję przejściową
Wersja regulowana 1.25 V.
Naprawiono częstotliwość przełączania 400 kHz
Maksymalny prąd przełączania 4A
SW PIN Wbudowane zabezpieczenie przeciwprzepięciowe
Doskonała regulacja linii i obciążenia
EN PIN TTL Możliwość wyłączenia
Wewnętrzny zoptymalizowany MOSFET mocy
Wysoka sprawność do 94%
Wbudowana kompensacja częstotliwości
Wbudowana funkcja miękkiego startu
Wbudowana funkcja wyłączania termicznego
Wbudowana funkcja ograniczenia prądu
Dostępny w opakowaniu TO263-5L

Powyższy wykres specyfikacji pokazuje, że minimalne napięcie wejściowe tego układu scalonego sterownika wynosi 5 V, a maksymalne to 32 V. Ponieważ częstotliwość przełączania wynosi 400 kHz, otwiera to możliwości stosowania mniejszych cewek indukcyjnych do celów przełączania. Ponadto układ scalony sterownika obsługuje maksymalny prąd wyjściowy 4 A, który doskonale nadaje się do wielu zastosowań związanych z wysokimi prądami znamionowymi.

Obwód konwertera Buck-Boost wykorzystujący XL6009

Pełny schemat obwodu konwertera buck-boost pokazano na poniższym obrazku.

W przypadku każdego regulatora przełączającego cewka i kondensator są głównymi elementami. Położenie cewki indukcyjnej i kondensatora w obwodzie jest bardzo istotne dla zapewnienia wymaganej mocy do obciążenia podczas stanu włączania i wyłączania. W tym przypadku stosuje się dwie cewki indukcyjne (l1 i L4), które będą obsługiwać indywidualnie funkcje buck i boost w tym obwodzie przełączającym. Cewka 33uH, czyli L1, jest cewką, która jest odpowiedzialna za tryb pracy Buck, natomiast cewka L2 jest używana jako cewka w trybie Boost. Tutaj uzwoiłem własny cewkę indukcyjną za pomocą rdzenia ferrytowego i emaliowanego drutu miedzianego. Jeśli jesteś nowy w tworzeniu własnego induktora, możesz zapoznać się z tym artykułem na temat podstaw projektowania cewki indukcyjnej i cewki indukcyjnej, aby rozpocząć. Po zbudowaniu induktora,możesz sprawdzić jego wartość za pomocą miernika LCD lub jeśli nie masz miernika LCR, możesz użyć oscyloskopu do znalezienia wartości induktora metodą częstotliwości rezonansowej.

Kondensatory wejściowe C1 i C2 służą do filtrowania stanów nieustalonych i tętnień pochodzących z baterii zewnętrznej lub źródła zasilania. Kondensator C3, 1uF, 100V służy do izolacji tych dwóch cewek. Jest tam dioda Schottky'ego SR160, która jest diodą o mocy 1 ampera, 60 V, która służy do zamiany cyklu częstotliwości przełączania na prąd stały, a kondensator 1000uF, 35 V to kondensator filtrujący używany do filtrowania wyjścia z diody.

Ponieważ napięcie progowe sprzężenia zwrotnego wynosi 1,25 V, dzielnik napięcia można ustawić zgodnie z tym napięciem sprzężenia zwrotnego w celu skonfigurowania rzeczywistego wyjścia. W naszym obwodzie użyliśmy potencjometru (R1) i rezystora (R2), aby zapewnić napięcie sprzężenia zwrotnego.

R1 to rezystor zmienny, który służy do ustawiania napięcia wyjściowego. R1 i R2 tworzą dzielnik napięcia, który zapewnia sprzężenie zwrotne ze sterownikiem IC XL6009. Jako filtr LC zastosowano 10uH cewki L4 i kondensator C3 100uF.

Budowa i działanie konwertera Buck-Boost

Oprócz cewki wszystkie komponenty powinny być łatwo dostępne. Układ scalony XL6009 nie jest przyjazny dla płytki prototypowej. W związku z tym użyłem kropkowanej płytki do połączenia pinów XL6009 z męskimi pinami nagłówkowymi, jak pokazano poniżej.

Zbuduj cewkę indukcyjną, jak omówiono wcześniej, i utwórz obwód. Użyłem płytki prototypowej, aby ułatwić sobie pracę, ale zalecana jest płyta perf. Po zakończeniu mój obwód na płytce stykowej wyglądał tak.

Gdy napięcie wejściowe jest wyższe niż ustawione napięcie wyjściowe, cewka indukcyjna zostaje naładowana i jest odporna na wszelkie zmiany ścieżki prądowej. Gdy wyłącznik się wyłącza, cewka indukcyjna dostarcza prąd naładowany przez kondensator C3, a na koniec prostowany i wygładzany odpowiednio przez diodę Schottky'ego i kondensator C4. Sterownik sprawdza napięcie wyjściowe za pomocą dzielnika napięcia i pomija cykl przełączania, aby zsynchronizować napięcie wyjściowe zgodnie z wyjściem obwodu sprzężenia zwrotnego.

To samo dzieje się w trybie doładowania, gdy napięcie wejściowe jest mniejsze niż napięcie wyjściowe i cewka indukcyjna L2 zostaje naładowana i zapewnia prąd obciążenia w stanie wyłączenia.

Testowanie obwodu konwertera Buck-Boost XL6009

Obwód jest testowany w płytce stykowej. Zwróć uwagę, że zbudowaliśmy obwód na płytce stykowej tylko do celów testowych i nie należy obciążać obwodu prądem większym niż 1,5 A, gdy znajduje się na płytce stykowej. W przypadku zastosowań z wyższym prądem zdecydowanie zaleca się lutowanie obwodu na płycie perf.

Do zasilania obwodu można użyć baterii 9 V, ale ja użyłem zasilacza laboratoryjnego ustawionego na 9 V.

Za pomocą potencjometru można ustawić napięcie wyjściowe w zakresie od 3,3 V do 12 V. Z technicznego punktu widzenia obwód można zaprojektować dla wysokiego prądu wyjściowego nawet do 4A. Jednak ze względu na ograniczenie diody wyjściowej obwód nie jest testowany przy pełnym obciążeniu. Obciążenie wyjściowe jest ustawione na przyzwoitą wartość około 700-800 mA prądu. W razie potrzeby można zmienić diodę wyjściową, aby zwiększyć prąd wyjściowy.

Aby przetestować nasz obwód zasilania, użyliśmy multimetru do monitorowania napięcia wyjściowego, a dla obciążenia użyliśmy obciążenia elektronicznego DC, czegoś podobnego do tego, co zbudowaliśmy wcześniej. Jeśli nie masz obciążenia elektronicznego, możesz użyć dowolnego wybranego obciążenia i monitorować prąd za pomocą multimetru. Pełne wideo testowe znajduje się na dole tej strony.

Zauważono również, że napięcie wyjściowe nieco się waha z marginesem +/- 5%. Wynika to z wysokiej wartości DCR cewek indukcyjnych i niedostępności radiatora w XL6009. Odpowiedni radiator i odpowiednie komponenty mogą być przydatne dla stabilnej wydajności. Ogólnie obwód działa całkiem sprawnie, a wydajność jest zadowalająca. Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w sekcji komentarzy, możesz również skorzystać z naszych forów, aby uzyskać odpowiedzi na inne pytania techniczne.