Regulátor Buck Boost pomocí XL6009 s nastavitelným výstupním napětím 3,3 až 12 V.

Regulátor Buck-Boost se vyrábí pomocí dvou různých topologií, jak název napovídá, sestává z topologie buck i boost. Už víme, že topologie Buck Regulator poskytuje nižší velikost výstupního napětí než vstupní napětí, zatímco topologie Boost Regulator poskytuje vyšší velikost výstupního napětí než poskytnuté vstupní napětí. Již jsme postavili obvod převodníku 12V na 5V Buck a obvod převodníku 3,7V na 5V Boost pomocí populárního MC34063. Někdy však možná budeme potřebovat obvod, který může fungovat jako buck i jako boostovací regulátor.

Řekněme například, že pokud je vaše zařízení napájeno lithiovou baterií, rozsah vstupního napětí bude mezi 3,6 V až 4,2 V. Pokud toto zařízení potřebuje dvě provozní napětí 3,3 V a 5 V. Pak musíte navrhnout regulátor buck-boost, který bude regulovat napětí z této lithiové baterie na 3,3 V a 5 V. V tomto výukovém programu se tedy naučíme, jak sestavit jednoduchý regulátor zesílení buck a otestovat ho na desce, aby se usnadnilo sestavení. Tento regulátor je navržen pro práci s 9V baterií a může poskytovat široké výstupní napětí v rozmezí od 3,3V do 12V s maximálním výstupním proudem 4A.

Požadované komponenty

Xl6009
10k předvolba
33uH induktor - 2ks
1n4007 - 2ks
SR160 - 1ks (pro max. Výstup 800mA)
10uH induktor
100uF kondenzátor
Kondenzátor 1000uF -2ks
1uF keramický nebo polyesterový filmový kondenzátor
9V zdroj energie (baterie nebo adaptér)
Nepájivá deska
Dráty na prkénko.

Regulátor XL6009 Buck-Boost IC

Existuje mnoho způsobů, jak vybudovat obvod buck-boost, pro účely tohoto tutoriálu budeme používat slavný IC / DC Converter IC XL6009. Vybrali jsme tento IC kvůli jeho snadné dostupnosti a povaze přátelské pro začátečníky. Můžete také zkontrolovat článek o tom, jak vybrat IC spínacího regulátoru, který vám pomůže s výběrem jiného regulátoru pro vaše spínací návrhy.

Hlavní součástí je spínací regulátor XL6009. Pinů z XL6009 a specifikace jsou uvedeny na obrázku níže.

Kovový jazýček je vnitřně spojen se spínacím kolíkem ovladače XL6009 ic. Popis pinů je uveden také ve výše uvedené tabulce. Níže jsou uvedeny důležité technické specifikace XL6009 IC

Funkce

Široký rozsah vstupního napětí 5 až 32 V.
Programování kladného nebo záporného výstupního napětí s jedním kolíkem zpětné vazby
Řízení aktuálního režimu poskytuje vynikající přechodovou odezvu
Nastavitelná verze 1,25 V
Opravená spínací frekvence 400 kHz
Maximální spínací proud 4A
SW PIN Integrovaná ochrana proti přepětí
Vynikající regulace vedení a zatížení
EN PIN TTL Shutdown Schopnost
Interní optimalizace výkonu MOSFET
Vysoká účinnost až 94%
Integrovaná frekvenční kompenzace
Integrovaná funkce Soft-Start
Integrovaná funkce tepelného vypnutí
Integrovaná funkce omezení proudu
K dispozici v balení TO263-5L

Výše uvedená tabulka specifikací ukazuje, že minimální vstupní napětí tohoto ovladače IC je 5 V a maximum je 32 Volt. Vzhledem k tomu, že spínací frekvence je 400 kHz, otevírá se možnost použití menších induktorů pro účely spínání. Ovladač IC také podporuje maximální výstupní proud 4A, což je skvělé pro pokrytí mnoha aplikací souvisejících s vysokým jmenovitým proudem.

Obvod převaděče Buck-Boost pomocí XL6009

Kompletní schéma zapojení převaděče buck-boost je zobrazeno na obrázku níže.

U libovolného spínacího regulátoru jsou hlavními součástmi induktor a kondenzátor. Poloha induktoru a kondenzátoru v obvodu je velmi důležitá pro zajištění požadované energie pro zátěž během zapínání a vypínání. V tomto případě se používají dva induktory (l1 a L4), které v tomto spínacím obvodu podporují jednotlivě funkci buck a boost. Induktor 33uH, který je L1, je induktor, který je zodpovědný za provozní režim Buck, zatímco induktor L2 se používá pro induktor v režimu Boost. Zde jsem navinul vlastní induktor pomocí feritového jádra a smaltovaného měděného drátu. Pokud jste ve výrobě vlastního induktoru nováčkem, můžete si nejprve přečíst tento článek o základech návrhu induktoru a cívky induktoru. Jakmile postavíte induktor,můžete zkontrolovat jeho hodnotu pomocí LCD měřiče nebo pokud nemáte LCR měřič, můžete pomocí svého osciloskopu najít hodnotu induktoru pomocí metody rezonanční frekvence.

Vstupní kondenzátory C1 a C2 se používají k filtrování přechodových jevů a zvlnění z externí baterie nebo zdroje energie. K izolaci těchto dvou induktorů se používá kondenzátor C3, 1uF, 100V. K dispozici je Schottkyho dioda SR160, která je jedno ampérová, 60V dioda používaná pro převod cyklu spínacího kmitočtu na stejnosměrný proud a kondenzátor 1000uF, 35V je filtrační kondenzátor používaný k filtrování výstupu z diody.

Protože prahové napětí zpětné vazby je 1,25 V, lze dělič napětí nastavit podle tohoto zpětnovazebního napětí pro konfiguraci skutečného výstupu. Pro náš obvod jsme použili potenciometr (R1) a rezistor (R2) k zajištění zpětnovazebního napětí.

R1 je proměnný rezistor, který se používá k nastavení výstupního napětí. R1 a R2 tvoří dělič napětí, který poskytuje zpětnou vazbu IC IC600600 ovladače. Jako LC filtr se používá 10uH induktor L4 a 100uF kondenzátor C3.

Konstrukce a práce převaděče Buck-Boost

Kromě induktoru by všechny komponenty měly být snadno dostupné. XL6009 IC není přátelský k prkénku. Z tohoto důvodu jsem použil tečkovanou desku k připojení kolíků XL6009 k kolíkům záhlaví mužského pohlaví, jak je znázorněno níže.

Sestavte induktor, jak bylo popsáno výše, a vytvořte obvod. Pro usnadnění práce jsem použil prkénko, ale doporučuje se deska perf. Jakmile jsem dokončil svůj okruh na prkénku, vypadal takto.

Když je vstupní napětí vyšší než nastavené výstupní napětí, induktor se nabije a odolá jakýmkoli změnám v proudové cestě. Když se spínač vypne, induktor poskytuje nabitý proud přes kondenzátor C3 a nakonec usměrní a vyhladí Schottkyho diodou a kondenzátorem C4. Ovladač kontroluje výstupní napětí děličem napětí a přeskočí spínací cyklus, aby synchronizoval výstupní napětí podle výstupu obvodu zpětné vazby.

Totéž se děje během režimu zesílení, když je vstupní napětí menší než výstupní napětí a induktor L2 se nabije a poskytne zátěžový proud během vypnutí.

Testování obvodu převaděče XL6009 Buck-Boost

Obvod je testován na prkénku. Pamatujte, že jsme obvod postavili na prkénku pouze pro účely testování a neměli byste na prkénku načíst obvod na více než 1,5A. Pro aplikace s vyšším proudem se velmi doporučuje pájení obvodu na základní desce.

K napájení obvodu můžete použít 9V baterii, ale použil jsem svůj stolní napájecí zdroj, který je nastaven na 9V.

Výstupní napětí lze nastavit od 3,3 V do 12 V pomocí potenciometru. Technicky může být obvod navržen pro vysoký výstupní proud až 4A. Kvůli omezení výstupní diody však obvod není testován při plném zatížení. Výstupní zátěž je nastavena na slušnou hodnotu přibližně 700-800 mA proudu. V případě potřeby můžete změnit výstupní diodu a zvýšit výstupní proud.

Abychom otestovali náš napájecí obvod, použili jsme multimetr ke sledování výstupního napětí a pro zátěž jsme použili stejnosměrnou elektronickou zátěž něco podobného tomu, co jsme stavěli dříve. Pokud nemáte elektronickou zátěž, můžete použít libovolnou zátěž podle vašeho výběru a sledovat proud pomocí multimetru. Kompletní testovací video je uvedeno ve spodní části této stránky.

Rovněž si všimneme, že výstupní napětí mírně kolísá v rozpětí +/- 5%. To je způsobeno vysokou hodnotou DCR induktorů a nedostupností chladiče u XL6009. Pro stabilní výkon mohou být užitečné adekvátní chladič a správné součásti. Celkově obvod funguje docela dobře a výkon je uspokojivý. Pokud máte nějaké dotazy, nechte je v sekci komentářů, můžete také použít naše fóra pro další technické dotazy.