Понижающий DC-DC преобразователь XL4015 CC/CV

Регулируемый понижающий DC-DC преобразователь постоянного напряжения с максимальным выходным током 3А (до 5А с радиатором) и мощностью до 50 Вт (до 75 Вт с радиатором). Преобразователь позволяет регулировать как выходное напряжение, так и выходной ток, что дает возможность использовать его не только как стабилизатор напряжения, но и как драйвер тока для различных нагрузок либо как зарядное устройство.

Модуль выполнен на основе микросхемы XL4015E1. Это преобразователь постоянного тока с ШИМ фиксированной частоты 180 кГц, хорошим КПД, низкими пульсациями и отличным регулированием линии и нагрузки. Схема управления ШИМ способна линейно регулировать коэффициент заполнения от 0 до 100%. Внутри встроена функция защиты от перегрузки по току. При срабатывании функции защиты от короткого замыкания рабочая частота снижается со 180 кГц до 48 кГц. Нет защиты от переполюсовки на входе. Не рекомендуется регулировать ток, замыкая выход накоротко.

Технические характеристики:

• Режим работы: CV + CC
• Входное напряжение: 4 – 38 В DC
• Выходное напряжение: 1,2 – 36 В DC
• Пульсации выходного напряжения: 30–80 мВ
• Ток нагрузки: 0 – 5А регулируемый (выше 3А – с радиатором)
• Сигнализация снижения тока: ниже 10% от ограничения
• Ток, потребляемый без нагрузки: 7 мА
• Выходная мощность: до 75 Вт (реально – меньше)
• Частота преобразования: 180 кГц
• КПД: > 96%

Принцип работы

Основой устройства является микросхема XL4015, разработанная в Китае. Она схожа с популярной LM2596, но обладает улучшенными характеристиками. Подстроечный резистор “CV” является регулятором выходного напряжения. Цепь ограничения выходного тока реализована на одном канале операционного усилителя DA3.1. Этот усилитель сравнивает падение напряжения на токоизмерительном резисторе R9 с регулируемым напряжением, снимаемым с переменного резистора “CC”. С его помощью можно задать желаемый уровень ограничения тока в нагрузке.

Если ток нагрузки превышает установленный порог, на выходе усилителя появляется сигнал высокого уровня, красный светодиод HL2 загорается, а напряжение на входе 2 (FB) микросхемы XL4015 увеличивается, что приводит к снижению напряжения и тока на выходе стабилизатора. Свечение HL2 также сигнализирует о переходе модуля в режим стабилизации тока (CC). Конденсатор C5 обеспечивает устойчивость узла регулирования тока.

Второй канал операционного усилителя DA3.2 управляет индикатором снижения тока, фиксируя момент, когда ток нагрузки падает ниже 10% от установленного максимального значения. Если ток выше порога, горит синий светодиод HL3. При зарядке литий-ионных аккумуляторов снижение зарядного тока является одним из признаков окончания зарядки.

На микросхеме DA1 собран стабилизатор с выходным напряжением 5 В. Оно используется для питания операционного усилителя DA3 и формирования опорного напряжения ограничителя тока и индикатора снижения тока. Падение напряжения на токоизмерительном резисторе не компенсируется, поэтому при увеличении тока выходное напряжение стабилизатора снижается. Для минимизации этого эффекта сопротивление токоизмерительного резистора выбрано достаточно маленьким (0,05 Ом). Однако дрейф операционного усилителя DA3 может вызывать нестабильность ограничения тока и работы индикатора. Выходное сопротивление стабилизатора в режиме CV определяется токоизмерительным резистором и составляет около 0,06 Ом. Коэффициент стабилизации напряжения — около 400.

В режиме стабилизации тока (CC) микросхема DA2 переходит в режим генерации пачек импульсов, частота и длительность которых изменяются в зависимости от нагрузки. Хотя стабилизация тока сохраняется, пульсации на выходе значительно возрастают. Кроме того, работа в режиме CC сопровождается громким писком, источником которого является дроссель L1.

Индикатор снижения тока работает корректно, а модуль успешно выдерживает короткое замыкание в нагрузке. В целом, модуль стабильно функционирует как в режиме CV, так и в режиме CC, но при его эксплуатации следует учитывать указанные особенности и не нагружать его предельными токами. При Uвх = 12 В, Uвых = 5 В, нагрузке 2,5 Ом и токе 2 А через 30 минут микросхема DA2, дроссель L1 и диод VD1 нагрелись до 71°, 64° и 48° C соответственно. При работе на больших нагрузках желательно добавить радиатор.

->