Modificando Conversor de Buck XL4015 com um Limitador de Corrente Ajustável

Modificando Conversor de Buck XL4015 com um Limitador de Corrente Ajustável

O post explica uma maneira simples de aprimorar o conversor XL4015 DC para DC buck com um limitador de corrente ajustável, que parece estar faltando no módulo original.

Sobre XL4015

O XL4015 é um conversor DC / DC PWM buck (abaixador) de frequência fixa de 180 KHz, especialmente projetado para operar uma carga de 5 V, 5 Amp com boa eficiência, ondulação mínima e regulagem de linha e carga excepcional.

Construído com muito poucas peças adicionais, o módulo regulador é fácil de trabalhar e consiste em compensação de frequência embutida junto com um oscilador de frequência fixa.



O circuito de controle PWM possui taxa de serviço ajustável a uma taxa constante de 0 a 100%. O IC XL4015 também possui uma funcionalidade de proteção contra sobrecorrente embutida.

Quando um curto-circuito é detectado na saída, a frequência de operação é instantaneamente reduzida de 180 KHz para 48 KHz, causando uma queda imediata na tensão e corrente de saída.

O chip possui um bloco de compensação totalmente integrado, sem depender de nenhum componente externo.

Características principais do XL4015 IC

  1. Ampla faixa de tensão de entrada de 8 V a 36 V
  2. A tensão de saída é ajustável de 1,25 V a 32 V
  3. Ciclo de trabalho máximo pode ser tão alto quanto 100%
  4. A queda de saída é apenas 0,3 V
  5. A frequência de comutação é fixada em 180 kHz
  6. A corrente de saída é constante em 5A.
  7. Os MOSFETs de energia embutidos garantem a otimização de alta tensão / corrente
  8. A eficiência operacional é muito impressionante em 96%
  9. Regulagem de linha e carga são extremamente boas
  10. IC possui uma função de desligamento térmico controlada internamente
  11. Da mesma forma, também possui uma função embutida de limite de corrente
  12. Desnecessário dizer que o chip também inclui um recurso de proteção contra curto de saída.

Desvantagem Principal

Embora o módulo XL4015 seja carregado com muitos recursos excelentes que um conversor Buck precisa ter, ele carece de um recurso importante.

O módulo não possui nenhum arranjo para ajustar a corrente de saída para níveis preferenciais, de acordo com as especificações de carga.

Então, se você quiser carregue uma bateria de íon de lítio com um módulo XL4015, digamos com uma taxa de 2 A, você não será capaz de fazer isso, devido à desvantagem mencionada acima.

Da mesma forma, se você quiser acionar um LED de 3,3 V a uma taxa de corrente máxima de 3 A, também ficará desapontado, já que o módulo é classificado em uma corrente fixa de 5 A.

Como funciona o XL4015

O esquema básico de trabalho do conversor XL4015 buck é mostrado abaixo:

O circuito está configurado para produzir 5 V fixos em uma saída de corrente constante de 5 A em resposta a uma entrada de alimentação de 8 V a 36 V. As especificações de potência de entrada devem ser maiores do que a potência de saída, o que significa que a capacidade de potência da alimentação de entrada deve ser maior que 5 V x 5 A = 25 W.

Portanto, se uma fonte de entrada de 36 V for usada, a corrente de entrada deve ser maior que 25/36 = 0,7 Amps. Se 8 V for usado, a corrente de entrada pode ser superior a 25/8 = 3 Amps e assim por diante.

O circuito interno do IC XL4015 consiste nos elementos básicos, como um oscilador e um amplificador de erro. A frequência do oscilador de 180 kHz bem calculada e controlada é gerada no pino 3 (SW) para alimentar a configuração do conversor buck externo que consiste no diodo, indutor e capacitor. Isso permite que o estágio buck processe a alimentação de entrada para uma saída precisa de 5 V, 5 A.

O pino 2 (FB) funciona como a entrada para o feedback do amplificador de erro. Uma entrada mínima de 1,25 V nesta pinagem é suficiente para iniciar o processo de desligamento do IC.

Esta pinagem pode ser vista configurada com um divisor de potencial R1, R2, que garante que a tensão de saída nunca pode ir além da faixa de 5 V, o que faz com que uma tensão superior a 1,25 V se desenvolva no pino FB iniciando o processo de desligamento para o IC, evitando assim que a saída ultrapasse o nível de 5 V.

Isso também implica que a tensão de saída pode ser ajustada para outros níveis de tensão, como 12 V ou 15 V, variando adequadamente os valores do divisor de realimentação R1 / R2.

O R1 / R2 também pode ser corrigido usando a seguinte fórmula, para obter a tensão de saída desejada:

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

Ajuste de limite de corrente

Como podemos ver no esquema, o módulo XL4015 não inclui um recurso de limitação de corrente, o que aparentemente é uma limitação importante do módulo.

No entanto, o módulo inclui um FB de pinagem de desligamento que pode ser configurado com um externo circuito limitador de corrente , para realizar o recurso. Isso pode ser implementado conforme indicado no diagrama a seguir:

O RX pode ser calculado usando a lei de Ohm:

RX = 0,2 / Limite de corrente

Como os dois transistores são conectados com uma saída de ganho muito alta, uma diferença de potencial de apenas 0,2 V em RX deve ser suficiente para acionar o pino FB do IC e iniciar a ação de limitação de corrente.

Assim que a corrente tende a exceder o limite desejado, faz com que o potencial mínimo necessário se desenvolva em RX, fazendo com que o NPN conduza, o que por sua vez aciona o PNP BJT fortemente. A ação fornece o DC positivo pretendido no pino FB, iniciando o desligamento.

Quando isso acontece, a corrente de saída cai abaixo do limite definido, desligando os BJTs e restaurando a condição anterior, em que a corrente mais uma vez começa a exceder o limite definido ligando os BJTs. O ciclo continua se repetindo, garantindo que a corrente sempre permaneça dentro do limite definido.

Com esse arranjo, o XL4015 é equipado com o recurso de limite de corrente de saída ajustável muito útil.

Alternativo XL4015 (Circuito Equivalente)

Embora o módulo XL4015 esteja facilmente disponível na maioria das lojas online, o IC não é fabricado por marcas de renome e pode estar sujeito a se tornar obsoleto a qualquer momento.

Portanto, ter um circuito conversor de buck ajustável de 5 V alternativo usando componentes discretos parece ser uma opção muito melhor.

O diagrama a seguir mostra um conversor de 5 V buck muito eficiente usando o popular TL494 lasca:

O exemplo acima mostra um conversor de 5 V de precisão simples, mas extremamente prático, equivalente para o XL4015.

Aqui, ele mostra uma aplicação de conversor buck inversor solar, que pode ser adotada para qualquer outro propósito de conversor CC para CC desejado.

O uso do TL494 garante que o design não se tornará obsoleto facilmente e a substituição do IC estará prontamente acessível sempre que necessário.

Aqui também, um loop de feedback de amp de erro determina a corrente de saída configurando a rede divisora ​​de potencial construída em torno de R8 / R9.

A corrente pode ser ajustada ajustando o resistor R13 apropriadamente.

R13 = 0,2 / Limite de corrente máxima

Outra grande vantagem de usar o conversor Buck construído discretamente acima é o nível de corrente de saída, que não é limitado a 5 amperes, ao invés disso, pode ser atualizado para níveis muito mais altos simplesmente atualizando os transistores, a espessura do fio indutor e o valor do resistor R13.




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