Понижающий повышающий стабилизатор с использованием xl6009 с регулируемым выходным напряжением от 3,3 до 12 в

Регулятор Buck-Boost выполнен с использованием двух разных топологий, как следует из названия, он состоит из топологии понижающего и повышающего напряжения. Мы уже знаем, что топология понижающего регулятора обеспечивает меньшую величину выходного напряжения, чем входное напряжение, в то время как топология повышающего регулятора обеспечивает более высокую величину выходного напряжения, чем предусмотренное входное напряжение. Мы уже создали понижающий преобразователь с 12 В до 5 В и схему повышающего преобразователя с 3,7 В до 5 В с использованием популярного MC34063. Но иногда нам может понадобиться схема, которая может работать как понижающий, так и повышающий регулятор.

Скажем, например, если ваше устройство питается от литиевой батареи, то диапазон входного напряжения будет от 3,6 до 4,2 В. Если для этого устройства необходимо два рабочих напряжения 3,3 В и 5 В. Затем вам нужно разработать понижающий-повышающий стабилизатор, который будет регулировать напряжение от этой литиевой батареи до 3,3 В и 5 В. Итак, в этом уроке мы узнаем, как построить простой понижающе-повышающий регулятор, и протестируем его на макетной плате для простоты сборки. Этот регулятор разработан для работы с батареей 9 В и может обеспечивать выходное напряжение в широком диапазоне от 3,3 В до 12 В с максимальным выходным током 4 А.

Необходимые компоненты

XL6009
Предустановка 10k
Индуктор 33uH - 2шт
1n4007 - 2шт
SR160 - 1 шт. (Для максимального выхода 800 мА)
Индуктор 10uH
Конденсатор 100 мкФ
Конденсатор 1000 мкФ - 2 шт.
Керамический или полиэфирный пленочный конденсатор емкостью 1 мкФ
Источник питания 9 В (аккумулятор или адаптер)
Макетная плата
Провода для макета.

Микросхема понижающего-повышающего регулятора XL6009

Существует много способов создания схемы понижающего / повышающего напряжения, для этого урока мы будем использовать знаменитую ИС преобразователя постоянного / постоянного тока XL6009. Мы выбрали эту микросхему из-за ее доступности и удобства для начинающих. Вы также можете проверить статью о том, как выбрать импульсный стабилизатор IC, чтобы помочь вам с выбором другого регулятора для ваших схем переключения.

Основной компонент - импульсный стабилизатор XL6009. Цоколёвка XL6009 и технические характеристики, показана на рисунке ниже.

Металлический язычок внутренне связан с контактом переключения микросхемы драйвера XL6009. Описание контактов также приведено в таблице выше. Важные технические характеристики микросхемы XL6009 приведены ниже.

Особенности

Широкий диапазон входного напряжения от 5 до 32 В
Программирование положительного или отрицательного выходного напряжения с помощью одного вывода обратной связи
Управление текущим режимом обеспечивает отличную переходную реакцию
Версия с регулируемым опорным напряжением 1,25 В
Фиксированная частота переключения 400 кГц
Максимальный ток переключения 4А
SW PIN Встроенная защита от перенапряжения
Отличное регулирование линии и нагрузки
EN PIN TTL Возможность отключения
Внутренний оптимизированный силовой MOSFET
Высокая эффективность до 94%
Встроенная частотная компенсация
Встроенная функция плавного пуска
Встроенная функция теплового отключения
Встроенная функция ограничения тока
Доступен в упаковке TO263-5L

Приведенная выше таблица технических характеристик показывает, что минимальное входное напряжение этой микросхемы драйвера составляет 5 В, а максимальное - 32 В. Кроме того, поскольку частота переключения составляет 400 кГц, это открывает возможности для использования катушек индуктивности меньшего размера для целей переключения. Кроме того, микросхема драйвера поддерживает максимальный выходной ток 4А, что отлично подходит для многих приложений, связанных с высоким номинальным током.

Схема понижающего повышающего преобразователя с использованием XL6009

Полная принципиальная схема понижающе-повышающего преобразователя показана на изображении ниже.

Для любого импульсного регулятора индуктор и конденсатор являются основными компонентами. Расположение индуктора и конденсатора в цепи очень важно для обеспечения необходимой мощности нагрузки во время включения и выключения. В этом случае используются две катушки индуктивности (l1 и L4), которые будут поддерживать функции понижения и повышения по отдельности в этой схеме переключения. Катушка индуктивности 33 мкГн, которая называется L1, является индуктором, который отвечает за режим пониженного напряжения, тогда как индуктор L2 используется для индуктивности режима Boost. Здесь я намотал собственный индуктор, используя ферритовый сердечник и эмалированный медный провод. Если вы новичок в изготовлении собственного индуктора, вы можете ознакомиться с этой статьей об основах конструкции индуктора и катушки индуктивности, чтобы начать работу. После того, как вы построили индуктор,Вы можете проверить его значение с помощью ЖК-измерителя или, если у вас нет измерителя LCR, вы можете использовать свой осциллограф, чтобы найти значение индуктивности, используя метод резонансной частоты.

Входные конденсаторы C1 и C2 используются для фильтрации переходных процессов и пульсаций от внешней батареи или источника питания. Конденсатор C3, 1 мкФ, 100 В используется для изоляции этих двух катушек индуктивности. Существует диод Шоттки SR160, который представляет собой диод на один ампер, 60 В, используемый для преобразования цикла частоты переключения в постоянный ток, и конденсатор на 1000 мкФ, 35 В - конденсатор фильтра, используемый для фильтрации выходного сигнала диода.

Поскольку пороговое напряжение обратной связи составляет 1,25 В, делитель напряжения может быть установлен в соответствии с этим напряжением обратной связи для настройки фактического выхода. В нашей схеме мы использовали потенциометр (R1) и резистор (R2) для обеспечения напряжения обратной связи.

R1 - переменный резистор, который используется для установки выходного напряжения. R1 и R2 образуют делитель напряжения, который обеспечивает обратную связь с микросхемой драйвера XL6009. Катушка индуктивности 10 мкГн L4 и конденсатор C3 емкостью 100 мкФ используются в качестве LC-фильтра.

Конструкция и работа понижающего преобразователя

Все компоненты, кроме индуктора, должны быть легко доступны. ИС XL6009 не подходит для макетных плат. Следовательно, я использовал точечную плату для соединения контактов XL6009 с контактами штекера, как показано ниже.

Постройте индуктор, как обсуждалось ранее, и создайте свою схему. Я использовал макетную плату, чтобы упростить задачу, но рекомендуется использовать перфорированную плату. После завершения моя схема на макетной плате выглядела так.

Когда входное напряжение выше установленного выходного напряжения, индуктор заряжается и сопротивляется любым изменениям пути тока. Когда переключатель выключается, катушка индуктивности обеспечивает заряженный ток через конденсатор C3 и, наконец, выпрямляется и сглаживается диодом Шоттки и конденсатором C4 соответственно. Драйвер проверяет выходное напряжение делителем напряжения и пропускает цикл переключения, чтобы синхронизировать выходное напряжение в соответствии с выходом цепи обратной связи.

То же самое происходит в режиме повышения, когда входное напряжение меньше выходного напряжения, а катушка индуктивности L2 заряжается и обеспечивает ток нагрузки во время выключения.

Тестирование схемы понижающего-повышающего преобразователя XL6009

Схема тестируется на макетной плате. Обратите внимание, что мы построили схему на макетной плате только для целей тестирования, и вы не должны нагружать свою схему более 1,5 А на макетной плате. Для приложений с более сильным током настоятельно рекомендуется паять вашу схему на перфокарт.

Для питания схемы вы можете использовать батарею на 9 В, но я использовал свой настольный блок питания, который установлен на 9 В.

Выходное напряжение можно установить от 3,3 В до 12 В с помощью потенциометра. Технически схема может быть рассчитана на большой выходной ток до 4 А. Но из-за ограничения выходного диода схема не тестируется при полной нагрузке. Нагрузка на выходе установлена на приемлемое значение тока примерно 700-800 мА. При необходимости можно изменить выходной диод, чтобы увеличить выходной ток.

Чтобы проверить нашу схему источника питания, мы использовали мультиметр для контроля выходного напряжения, а для нагрузки мы использовали электронную нагрузку постоянного тока, похожую на то, что мы создали ранее. Если у вас нет электронной нагрузки, вы можете использовать любую нагрузку по вашему выбору и контролировать ток с помощью мультиметра. Полное видео тестирования приведено внизу этой страницы.

Также было замечено, что выходное напряжение немного колеблется с запасом +/- 5%. Это связано с высоким значением DCR индукторов и отсутствием радиатора в XL6009. Соответствующий радиатор и правильные компоненты могут быть полезны для стабильной работы. В целом схема работает вполне исправно, и производительность удовлетворительная. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев, вы также можете использовать наши форумы для других технических вопросов.