Spis treści:
Regulowane przetwornice napięcia stałego to bardzo wszechstronne i proste w użyciu moduły umożliwiające zasilanie urządzeń elektronicznych wymagających niestandardowego napięcia zasilania. W tym artykule przyjrzymy się modułowi przetwornicy step-down XL4015, która umożliwia obniżanie napięcia zasilania pozwalając na uzyskanie na wyjściu napięcia stałego z przedziału 1,3V do 36V oraz maksymalnej wydajności prądowej 5A.
XL4015 - specyfikacja techniczna modułu
Moduł przetwornicy step-down XL4015, charakteryzuje się następującymi parametrami technicznymi: Zakres napięć wejściowych obsługiwanych przez ten moduł obejmuje napięcie z przedziału od 8V do 36V, a napięcie wyjściowe tego modułu może być regulowane w zakresie od 1,3V do 36V – należy tu wziąć pod uwagę, że napięcie wejściowe musi być wyższe niż wymagane napięcie na wyjściu, aby przetwornica mogła się włączyć. Maksymalna wydajność prądowa tego modułu wynosi 5A. Zakres dokładności regulacji napięcia wynosi 2,5%, a zakres regulacji obciążenia prądowego ma dokładność do 0,5%. Maksymalny poziom szumów na wyjściu przetwornicy wynosi 50mV w paśmie częstotliwości 20MHz. Częstotliwość kluczowania przetwornicy wynosi 300kHz, a sprawność przetwornicy w najlepszych warunkach wynosi 95%. Moduł nie posiada izolacji galwanicznej pomiędzy wejściem a wyjściem i może pracować w trybie źródła napięciowego lub źródła prądowego. Zakres temperatur roboczych modułu wynosi od -40*C do +85*C.
Budowa modułu XL4015 - regulacja napięcia i prądu oraz sygnalizacja optyczna LED
Na płycie PCB modułu XL4015, oprócz niebieskich złączy śrubowych typu ARK, uwagę zwracają dwa potencjometry montażowe wieloobrotowe. To właśnie za pomocą tych potencjometrów możemy ustawić napięcie na wyjściu przetwornicy oraz regulować maksymalne obciążenie prądowe jej wyjścia. Na płycie PCB znajdziemy także trzy diody LED, które informują nas o trybie pracy przetwornicy. Pierwsza dioda LED, umiejscowiona najbliżej złącza wejściowego przetwornicy, informuje nas o tym, że przetwornica pracuje w trybie źródła prądowego, podczas gdy dwie pozostałe diody LED zostały tu umiejscowione głównie ze względu na zastosowanie w aplikacjach ładowania baterii. Pierwsza z nich sygnalizuje ładowanie baterii, a druga informuje użytkownika o fakcie pełnego naładowania baterii. Co więcej, używając tej przetwornicy jako zasilacza ogólnego przeznaczenia, wskaźnik LED ładowania baterii, będzie tu wówczas spełniał funkcję informującą użytkownika o tym, że na wyjściu przetwornicy jest podłączone obciążenie pobierające prąd.
Kręcąc powoli śrubą potencjometru wieloobrotowego umieszczonego przy układzie scalonym, zgodnie z ruchem wskazówek zegara, stopniowo podwyższamy napięcie wyjściowe przetwornicy, a kręcąc śrubą regulacyjną w odwrotnym kierunku, obniżamy to napięcie. Analogicznie, kręcąc śrubą drugiego potencjometru montażowego zgodnie z ruchem wskazówek zegara, zwiększamy wartość maksymalnego limitu prądu wyjściowego, podczas gdy kręcąc w przeciwną stronę zmniejszamy tę wartość. Przed podłączeniem obciążenia na wyjściu przetwornicy, zalecane jest aby w pierwszej kolejności ustawić napięcie wyjściowe, a następnie maksymalną wartość prądu wyjściowego.
Budowa modułu XL4015 - półprzewodniki
Na płycie PCB modułu XL4015, umieszczono kilka elementów półprzewodnikowych które są niezbędne do realizacji procesu obniżania i stabilizacji napięcia na wyjściu tej przetwornicy. Sercem modułu jest układ scalony XL4015, który stanowi przetwornicę step-down typu DC/DC, która wykorzystuje sterowanie metodą PWM z częstotliwością 180kHz. Ten układ scalony odznacza się bardzo wysoką sprawnością, niskim poziomem szumów własnych oraz bardzo wysoką stabilnością parametrów na wyjściu. Co więcej, wewnętrzny sterownik PWM pozwala na liniową regulację współczynnika wypełnienia sygnału sterującego od 0 do 100%. Układ scalony XL4015 posiada także wbudowane zabezpieczenie nadprądowe, które chroni układ przed zwarciami i w przypadku wystąpienia zwarcia, automatycznie zmniejsza częstotliwość modulacji PWM do 48kHz.
Pozostałe półprzewodniki zlokalizowane na płycie PCB przedstawionego tutaj modułu obejmują stabilizator liniowy 78L05, który dostarcza na wyjściu precyzyjnie wyregulowane napięcie stałe 5V, regulator bocznikowy TL431 oparty na diodzie Zenera stanowiący precyzyjne źródło napięcia referencyjnego, a także wzmacniacz operacyjny LM358, który jest ukryty obok dławika 47uH, nawiniętego na rdzeniu toroidalnym. Znajdziemy tu także szybką diodę Schottky’ego SK54 oraz dwa kondensatory elektrolityczne 220uF/50V. Natomiast na spodzie płytki PCB, został umieszczony rezystor pomiarowy 50mR, który odpowiada za wykrywanie przepływu prądu obciążenia.
Przetwornica DC/DC XL4015 - regulacja parametrów wyjścia w przykładowej aplikacji
Zanim uruchomimy przetwornicę w naszej aplikacji, musimy postawić niezbędne założenia zgodne z wymaganiami zasilania naszego obciążenia – bez względu na to, czy chcemy zasilać zwykłą żarówkę czy rozbudowany wzmacniacz audio. Załóżmy, że chcemy na wyjściu uzyskać prąd 1A przy napięciu wyjściowym 9VDC. Należy w pierwszej kolejności włączyć moduł i podłączyć multimetr ustawiony jako woltomierz napięcia stałego do wyjścia – ustawiamy potencjometr wieloobrotowy regulacji napięcia tak, aby uzyskać odczyt 9,0V DC. Następnie przełączamy multimetr na pomiar prądu stałego i kręcimy drugim potencjometrem montażowym, aby uzyskać odczyt 1,0 A. Teraz podłączamy obciążenie do wyjścia przetwornicy. Warto zauważyć, że dostrojenie jednego potencjometru może nieznacznie wpłynąć na ustawienie drugiego, ale nie jest to na szczęście poważny problem. Do szybkiego testu możemy użyć modułu do zasilania jednej diody LED o białej barwie światła i poborze mocy 10W, poprzez zasilacz laboratoryjny 12VDC o minimalnej wydajności prądowej 2A. Napięcie i prąd na wyjściu regulujemy odpowiednio do wymagań energetycznych odbiornika docelowego.
