調整可能な電流リミッターを備えたXL4015バックコンバーターの変更

投稿では、XL4015DC-DCバックコンバーターを調整可能な電流リミッターで拡張する簡単な方法について説明しています。これは元のモジュールにはないようです。

XL4015について

XL4015は、180 KHzの固定周波数PWM降圧（降圧）DC / DCコンバータであり、5 V、5アンペアの負荷を高効率、最小のリップル、卓越したラインおよび負荷レギュレーションで動作させるために特別に設計されています。

非常に少数の追加部品を使用して構築されたレギュレータモジュールは、操作が簡単で、固定周波数発振器とともに内蔵の周波数補償で構成されています。

PWM制御回路は、0〜100％の一定速度で調整可能なデューティ比を備えています。 IC XL4015は、内蔵の過電流保護機能も備えています。

出力で短絡が検出されると、動作周波数が瞬時に180KHzから48KHzに低下し、出力電圧と電流が即座に低下します。

チップには、外部コンポーネントに依存することなく、完全に統合された補償ブロックがあります。

XL4015ICの主な機能

1. 広い8V〜36Vの入力電圧範囲
2. 出力電圧は1.25Vから32Vまで調整可能です
3. 最大デューティサイクルは100％まで高くなる可能性があります
4. 出力ドロップアウトはわずか0.3Vです
5. スイッチング周波数は180kHzに固定されています
6. 出力電流は5Aで一定です。
7. 内蔵パワーMOSFETは高電圧/電流の最適化を保証します
8. 運用効率は96％と非常に印象的です
9. ラインと負荷の調整は非常に優れています
10. ICは内部制御のサーマルシャットダウン機能を備えています
11. 同様に、内蔵の電流制限機能も備えています
12. 言うまでもなく、このチップには出力短絡保護機能も含まれています。

主なデメリット

XL4015モジュールには、バックコンバータが必要とする多くの優れた機能が搭載されていますが、主要な機能が1つ欠けています。

モジュールには、負荷仕様に従って出力電流を好ましいレベルに調整するための配置がありません。

だからあなたがしたい場合 リチウムイオン電池を充電する XL4015モジュールでは、たとえば2アンペアレートでは、上記の欠点のためにそれを行うことはできません。

同様に、3.3 V LEDを3アンペアの最大電流レートで駆動したい場合、モジュールの定格は固定の5アンペア電流であるため、同様に失望します。

XL4015のしくみ

XL4015バックコンバータの基本的な動作スキーマを以下に示します。

この回路は、8 V〜36Vの電源入力に応答して一定の5アンペア電流出力で固定5Vを生成するように構成されています。入力電力仕様は出力電力よりも高くなければなりません。つまり、入力電源のワット数は5 V x 5 A = 25Wより高くする。

したがって、36 Vの入力電源を使用する場合、入力電流は25/36 = 0.7アンペアよりも高くする必要があります。 8 Vを使用する場合、入力電流は25/8 = 3アンペアより高くなる可能性があります。

IC XL4015の内部回路は、発振器やエラーアンプなどの基本要素で構成されています。適切に計算および制御された180kHz発振器周波数は、ダイオード、インダクタ、およびコンデンサで構成される外部降圧コンバータ構成に給電するために、ピン3（SW）で生成されます。これにより、降圧段が入力電源を正確な5 V、5A出力に処理できるようになります。

pin2（FB）は、エラーアンプフィードバックの入力として機能します。このピン配置での最低1.25V入力は、ICのシャットダウンプロセスを開始するのに十分です。

このピン配置は、分圧器R1、R2で構成されていることがわかります。これにより、出力電圧が5 Vの範囲を超えないようになり、FBピンで1.25 Vを超える電圧が発生し、シャットダウンプロセスが開始されます。 ICにより、出力が5Vレベルを超えるのを防ぎます。

これは、R1 / R2フィードバック分周器の値を適切に変化させることにより、出力電圧を12Vや15Vなどの他の電圧レベルに調整できることも意味します。

R1 / R2は、次の式を使用して固定することもでき、目的の出力電圧を得ることができます。

Vout = 1.25 x（1 + R2 / R1）

電流制限調整

回路図からわかるように、XL4015モジュールには、明らかにモジュールの主要な制限である電流制限機能が含まれていません。

ただし、モジュールには、外部で構成できるシャットダウンピン配置FBが含まれています 電流制限回路 、機能を実現するため。これは、次の図に示すように実装できます。

RXは、オームの法則を使用して計算できます。

RX = 0.2 /電流制限

2つのトランジスタは非常に高いゲイン出力で配線されているため、RX間のわずか0.2 Vの電位差で、ICのFBピンをトリガーし、電流制限動作を開始できます。

電流が目的の制限を超える傾向があるとすぐに、RX全体で必要な最小電位が発生し、NPNが導通し、PNBPJTがハードにトリガーされます。このアクションにより、FBピンに目的の正のDCが供給され、シャットダウンが開始されます。

これが発生すると、出力電流が設定制限を下回り、BJTがオフになり、以前の状態に戻ります。この状態では、電流が再び設定制限を超え始め、BJTがオンになります。サイクルは繰り返され続け、電流が常に設定された制限内にとどまるようにします。

この配置により、XL4015は非常に便利な調整可能な出力電流制限機能を備えています。

XL4015代替（等価回路）

XL4015モジュールはほとんどのオンラインストアから簡単に入手できますが、ICは評判の高いブランドによって製造されておらず、いつでも陳腐化する傾向があります。

したがって、ディスクリートコンポーネントを使用した代替の5V調整可能降圧コンバータ回路を使用する方がはるかに優れたオプションのようです。

次の図は、人気のある5V降圧コンバータを使用した非常に効率的な降圧コンバータを示しています TL494 チップ：

上記の例は、XL4015と同等のシンプルでありながら非常に便利な高精度の5Vバックコンバータを示しています。

ここでは、ソーラーインバーターバックコンバーターのアプリケーションを示します。これは、他の任意のDC-DCコンバーターの目的に採用できます。

TL494を使用することで、設計が簡単に陳腐化することがなくなり、必要なときにいつでもICの交換に簡単にアクセスできるようになります。

ここでも、エラーアンプのフィードバックループは、R8 / R9を中心に構築された分圧器ネットワークを設定することによって出力電流を決定します。

電流は、R13抵抗を適切に調整することで調整できます。

R13 = 0.2 /最大電流制限

上記の個別に構築された降圧コンバータを使用するもう1つの大きな利点は、出力電流レベルです。これは5アンペアに制限されず、トランジスタ、インダクタ線の太さ、およびR13抵抗値をアップグレードするだけではるかに高いレベルにアップグレードできます。