Modification du convertisseur abaisseur XL4015 avec un limiteur de courant réglable

Cet article explique un moyen simple d'améliorer le convertisseur abaisseur DC-DC XL4015 avec un limiteur de courant réglable, qui semble manquer dans le module d'origine.

À propos du XL4015

Le XL4015 est un convertisseur DC / DC buck (abaisseur) PWM à fréquence fixe de 180 KHz, spécialement conçu pour faire fonctionner une charge de 5 V, 5 A avec un bon rendement, une ondulation minimale et une régulation de ligne et de charge exceptionnelle.

Construit en utilisant très peu de pièces supplémentaires, le module de régulation est facile à utiliser et se compose d'une compensation de fréquence intégrée avec un oscillateur à fréquence fixe.

Le circuit de commande PWM présente un rapport de service réglable à un taux constant de 0 à 100%. L'IC XL4015 dispose également d'une fonctionnalité intégrée de protection contre les surintensités.

Lorsqu'un court-circuit est détecté en sortie, la fréquence de fonctionnement est instantanément abaissée de 180 KHz à 48 KHz, provoquant une chute immédiate de la tension et du courant de sortie.

La puce dispose d'un bloc de compensation entièrement intégré, sans dépendre d'aucun composant externe.

Caractéristiques principales du XL4015 IC

1. Large plage de tension d'entrée de 8 V à 36 V
2. La tension de sortie est réglable de 1,25 V à 32 V
3. Le cycle de service maximal peut atteindre 100%
4. La perte de sortie n'est que de 0,3 V
5. La fréquence de commutation est fixée à 180 kHz
6. Le courant de sortie est constant à 5A.
7. Les MOSFET de puissance intégrés assurent une optimisation haute tension / courant
8. L'efficacité de fonctionnement est très impressionnante à 96%
9. La régulation de ligne et de charge est extrêmement bonne
10. IC dispose d'une fonction d'arrêt thermique contrôlée en interne
11. De même, il dispose également d'une fonction de limite de courant intégrée
12. Inutile de dire que la puce comprend également une fonction de protection contre les courts-circuits de sortie.

Inconvénient majeur

Bien que le module XL4015 soit chargé de nombreuses excellentes fonctionnalités qu'un convertisseur abaisseur doit avoir, il lui manque une fonctionnalité majeure.

Le module n'a pas de disposition pour ajuster le courant de sortie aux niveaux préférés, selon les spécifications de charge.

Donc si tu veux charger une batterie Li-Ion avec un module XL4015, disons à une fréquence de 2 ampères, vous ne pourrez pas faire cela, en raison de l'inconvénient mentionné ci-dessus.

De même, si vous vouliez piloter une LED de 3,3 V à un taux de courant maximal de 3 ampères, vous seriez également déçu, car le module est évalué à un courant fixe de 5 ampères.

Comment fonctionne XL4015

Le schéma de fonctionnement de base du convertisseur abaisseur XL4015 est illustré ci-dessous:

Le circuit est configuré pour produire un 5 V fixe à une sortie de courant constant de 5 ampères en réponse à une entrée d'alimentation de 8 V à 36 V.Les spécifications de puissance d'entrée doivent être supérieures à la puissance de sortie, ce qui signifie que la puissance d'alimentation d'entrée doit être supérieur à 5 V x 5 A = 25 W.

Par conséquent, si une alimentation d'entrée de 36 V est utilisée, le courant d'entrée doit être supérieur à 25/36 = 0,7 ampères. Si 8 V est utilisé, le courant d'entrée peut être supérieur à 25/8 = 3 A, et ainsi de suite.

Le circuit interne de l'IC XL4015 se compose des éléments de base tels qu'un oscillateur et un amplificateur d'erreur. La fréquence d'oscillateur de 180 kHz bien calculée et contrôlée est générée au niveau de la broche 3 (SW) pour alimenter la configuration de convertisseur abaisseur externe constituée de la diode, de l'inductance et du condensateur. Cela permet à l'étage abaisseur de traiter l'alimentation d'entrée en une sortie précise de 5 V, 5 A.

La broche 2 (FB) sert d'entrée pour le retour de l'amplificateur d'erreur. Une entrée minimale de 1,25 V à ce brochage est suffisante pour commencer le processus d'arrêt du CI.

Ce brochage peut être vu configuré avec un diviseur de potentiel R1, R2, qui garantit que la tension de sortie ne peut jamais dépasser la plage de 5 V, ce qui provoque alors le développement d'une tension supérieure à 1,25 V au niveau de la broche FB initiant le processus d'arrêt pour l'IC, empêchant ainsi la sortie de franchir le niveau 5 V.

Cela implique également que la tension de sortie pourrait être ajustée à d'autres niveaux de tension, tels que 12 V ou 15 V, en faisant varier de manière appropriée les valeurs du diviseur de rétroaction R1 / R2.

Le R1 / R2 peut également être fixé à l'aide de la formule suivante, pour obtenir la tension de sortie souhaitée:

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

Réglage de la limite de courant

Comme nous pouvons le voir sur le schéma, le module XL4015 n'inclut pas de fonction de limitation de courant qui est apparemment une limitation majeure du module.

Cependant, le module inclut un FB de brochage d'arrêt qui pourrait être configuré avec un circuit limiteur de courant , pour avoir accompli la fonction. Cela pourrait être mis en œuvre comme indiqué dans le diagramme suivant:

Le RX peut être calculé en utilisant la loi d'Ohm:

RX = 0,2 / limite de courant

Étant donné que les deux transistors sont câblés avec une sortie à gain très élevé, une différence de potentiel de seulement 0,2 V sur RX devrait être suffisante pour déclencher la broche FB du circuit intégré et déclencher l'action de limitation de courant.

Dès que le courant a tendance à dépasser la limite souhaitée, le potentiel minimum requis se développe à travers RX, ce qui entraîne le NPN, ce qui déclenche à son tour le PNP BJT. L'action fournit le DC positif prévu sur la broche FB, déclenchant l'arrêt.

Lorsque cela se produit, le courant de sortie chute en dessous de la limite définie, désactivant les BJT et rétablissant la condition précédente, dans laquelle le courant recommence à dépasser la limite de commutation réglée sur les BJT. Le cycle se répète, garantissant que le courant reste toujours dans la limite définie.

Avec cet agencement, le XL4015 est équipé de la fonction de limite de courant de sortie réglable très utile.

Alternative au XL4015 (circuit équivalent)

Bien que le module XL4015 soit facilement disponible dans la plupart des magasins en ligne, le CI n'est pas fabriqué par des marques réputées et peut être susceptible de devenir obsolète à tout moment.

Par conséquent, avoir un autre circuit convertisseur abaisseur réglable de 5 V utilisant des composants discrets semble être une bien meilleure option.

Le schéma suivant montre un convertisseur abaisseur 5 V très efficace utilisant le populaire TL494 ébrécher:

L'exemple ci-dessus montre un convertisseur abaisseur 5 V de précision simple mais extrêmement pratique, équivalent pour le XL4015.

Ici, il montre une application de convertisseur abaisseur d'onduleur solaire, qui peut être adoptée pour tout autre objectif de convertisseur CC-CC souhaité.

L'utilisation du TL494 garantit que la conception ne deviendra pas facilement obsolète et que le remplacement du CI sera facilement accessible chaque fois que nécessaire.

Ici aussi, une boucle de rétroaction de l'amplificateur d'erreur détermine le courant de sortie en configurant le réseau de diviseurs de potentiel construit autour de R8 / R9.

Le courant peut être ajusté en ajustant la résistance R13 de manière appropriée.

R13 = 0,2 / limite de courant max.

Un autre grand avantage de l'utilisation du convertisseur abaisseur discrètement construit ci-dessus est le niveau de courant de sortie, qui n'est pas limité à 5 ampères, mais pourrait plutôt être mis à niveau à des niveaux beaucoup plus élevés simplement en améliorant les transistors, l'épaisseur du fil de l'inducteur et la valeur de la résistance R13.