Понижуючий DC-DC перетворювач XL4015 CC/CV

Регульований понижувальний DC-DC перетворювач постійної напруги з максимальним вихідним струмом 3А (до 5А з радіатором) і потужністю до 50 Вт (до 75 Вт з радіатором). Перетворювач дозволяє регулювати як вихідну напругу, так і вихідний струм, що дає змогу використовувати його не тільки як стабілізатор напруги, але й як драйвер струму для різних навантажень або як зарядний пристрій.

Модуль виконаний на основі мікросхеми XL4015E1. Це перетворювач постійного струму з ШІМ фіксованої частоти 180 кГц, хорошим ККД, низькими пульсаціями й відмінним регулюванням лінії та навантаження. Схема керування ШІМ здатна лінійно регулювати коефіцієнт заповнення від 0 до 100%. Усередині вбудована функція захисту від перевантаження за струмом. Під час спрацьовування захисту від короткого замикання робоча частота знижується зі 180 кГц до 48 кГц. Захисту від переполюсовки на вході немає. Не рекомендується регулювати струм, замикаючи вихід накоротко.

Технічні характеристики:

• Режим роботи: CV + CC
• Вхідна напруга: 4 – 38 В DC
• Вихідна напруга: 1,2 – 36 В DC
• Пульсації вихідної напруги: 30–80 мВ
• Струм навантаження: 0 – 5А регульований (понад 3А – з радіатором)
• Сигналізація зниження струму: нижче 10% від обмеження
• Струм споживання без навантаження: 7 мА
• Вихідна потужність: до 75 Вт (реально – менше)
• Частота перетворення: 180 кГц
• ККД: > 96%

Принцип роботи

Основою пристрою є мікросхема XL4015, розроблена в Китаї. Вона схожа з популярною LM2596, але має покращені характеристики. Підлаштувальний резистор “CV” є регулятором вихідної напруги. Цеп обмеження вихідного струму реалізована на одному каналі операційного підсилювача DA3.1. Цей підсилювач порівнює падіння напруги на струмовимірювальному резисторі R9 з регульованою напругою, яка знімається з змінного резистора “CC”. За його допомогою можна задати бажаний рівень обмеження струму в навантаженні.

Якщо струм навантаження перевищує встановлений поріг, на виході підсилювача з’являється сигнал високого рівня, червоний світлодіод HL2 загоряється, а напруга на вході 2 (FB) мікросхеми XL4015 збільшується, що призводить до зниження напруги і струму на виході стабілізатора. Світіння HL2 також сигналізує про перехід модуля в режим стабілізації струму (CC). Конденсатор C5 забезпечує стабільність вузла регулювання струму.

Другий канал операційного підсилювача DA3.2 керує індикатором зниження струму, фіксуючи момент, коли струм навантаження падає нижче 10% від встановленого максимального значення. Якщо струм перевищує поріг, горить синій світлодіод HL3. Під час заряджання літій-іонних акумуляторів зниження зарядного струму є одним із показників завершення заряджання.На мікросхемі DA1 зібраний стабілізатор з вихідною напругою 5 В. Він використовується для живлення операційного підсилювача DA3 та формування опорної напруги обмежувача струму та індикатора зниження струму.

Падіння напруги на струмовимірювальному резисторі не компенсується, тому при збільшенні струму вихідна напруга стабілізатора знижується. Щоб мінімізувати цей ефект, опір струмовимірювального резистора вибраний досить малим (0,05 Ом). Однак дрейф операційного підсилювача DA3 може спричиняти нестабільність обмеження струму та роботи індикатора. Вихідний опір стабілізатора в режимі CV визначається струмовимірювальним резистором і становить приблизно 0,06 Ом. Коефіцієнт стабілізації напруги — приблизно 400.

У режимі стабілізації струму (CC) мікросхема DA2 переходить у режим генерації пачок імпульсів, частота і тривалість яких змінюються залежно від навантаження. Хоча стабілізація струму зберігається, пульсації на виході значно зростають. Крім того, робота в режимі CC супроводжується гучним писком, джерелом якого є дросель L1.

Індикатор зниження струму працює коректно, а модуль успішно витримує коротке замикання в навантаженні. Загалом, модуль стабільно функціонує як у режимі CV, так і в режимі CC, але під час його експлуатації слід враховувати зазначені особливості та не навантажувати його граничними струмами.При Uвх = 12 В, Uвих = 5 В, навантаженні 2,5 Ом і струмі 2 А через 30 хвилин мікросхема DA2, дросель L1 і діод VD1 нагрілися до 71°, 64° і 48° C відповідно. Під час роботи на великих навантаженнях бажано додати радіатор.

->