Меню

Импульсный стабилизатор на микросхеме XL4015

Импульсный стабилизатор на микросхеме XL4015

Данный обзор посвящён модулю импульсного стабилизатора, который предлагается интернет-магазинами под названием «5A Lithium Charger CV CC Buck Step Down Power Module LED Driver». Таким образом модуль представляет собой импульсный понижающий преобразователь, предназначенный для зарядки литий-ионных аккумуляторов в режимах CV (постоянное напряжение) и СС (постоянный ток), а также для питания светодиодов. Стоит данное устройство около 2-х USD. Конструктивно модуль представляет собой печатную плату, на которой установлены все элементы, включая сигнальные светодиоды и органы регулировки. Внешний вид модуля представлен на рис.1.

Внешний вид модуля

Чертёж печатной платы представлен на рис. 2.

Согласно спецификации изготовителя модуль имеет следующие технические характеристики:

  • Входное напряжение 6-38 В постоянного тока.
  • Выходное напряжение регулируемое 1.25-36 В постоянного тока.
  • Выходной ток 0-5 А (регулируемый).
  • Мощность в нагрузке до 75 ВА.
  • КПД более 96%.
  • Имеется встроенная защита от перегрева и короткого замыкания в нагрузке.
  • Размеры модуля 61.7х26.2х15 мм.
  • Масса 20 грамм.

Сочетание невысокой цены, малых размеров и высоких технических характеристик вызвало у автора интерес и желание экспериментально определить основные характеристики модуля.
Производитель не приводит схему электрическую принципиальную, по этому её пришлось рисовать самостоятельно. Результат этой работы представлен на рис. 3.

Схема импульсного стабилизатора на микросхеме XL4015

Основой устройства является микросхема DA2 XL4015, представляющая собой оригинальную китайскую разработку. Данная микросхема весьма похожа на популярную LM2596, но отличается улучшенными характеристиками. Видимо это достигается применением в качестве силового ключа мощного полевого транзистора. Описание этой микросхемы приведено в Л1. В данном устройстве микросхема включена в полном соответствии с рекомендациями изготовителя. Переменный резистор “CV” является регулятором выходного напряжения. Цепь регулируемого ограничения выходного тока выполнена на операционном усилителе DA3.1. Этот усилитель сравнивает падение напряжения на токоизмерительном резисторе R9 с регулируемым напряжением, снимаемым с переменного резистора “CC”. С помощью этого резистора можно задать желаемый уровень ограничения тока в нагрузке стабилизатора.

Если заданное значение тока будет превышено, то на выходе усилителя появится сигнал высокого уровня, красный светодиод HL2 откроется и напряжение на входе 2 микросхемы DA2 повысится, что приведёт к снижению напряжения и тока на выходе стабилизатора. Кроме того свечение HL2 будет сигнализировать о том, что модуль работает в режиме стабилизации тока (СС). Конденсатор С5 должен обеспечивать устойчивость узла регулирования тока.

На втором операционном усилителе DA3.2 собран сигнализатор снижения тока в нагрузке до значения менее 9% от заданного максимального тока. Если ток превышает указанное значение, то светится синий светодиод HL3, в противном случае светится зелёный светодиод HL1. При зарядке литий-ионных аккумуляторов снижение зарядного тока является одним из признаков окончания зарядки.
На микросхеме DA1 собран стабилизатор с выходным напряжением 5В. Это напряжение используется для питания операционного усилителя DA3, также оно используется для формирования опорного напряжения ограничителя тока и сигнализатора снижения тока.

Падение напряжения на токоизмерительном резисторе никак не компенсируется, по этому с ростом тока в нагрузке выходное напряжение стабилизатора снижается. Чтобы уменьшить данный недостаток величина токоизмерительного резистора выбрана достаточно маленькой (0.05 Ома). Из-за этого дрейф операционного усилителя DA3 может вызвать заметную нестабильность как уровня ограничения выходного тока так и уровня срабатывания сигнализатора.
Испытания модуля показали, что выходное сопротивление стабилизатора в режиме стабилизации напряжения (CV) практически полностью определяется токоизмерительным резистором и составляет около 0.06 Ома.
Коэффициент стабилизации напряжения около 400.
Для оценки тепловыделения на вход модуля было подано напряжение 12В. На выходе было установлено напряжение 5В при нагрузке сопротивлением 2.5 Ома (ток 2А). Через 30 минут микросхема DA2, дроссель L1 и диод VD1 нагрелись до 71, 64 и 48 градусов Цельсия соответственно.

Работа в режиме стабилизации тока в нагрузке (СС) сопровождалась переходом микросхемы DA2 в режим формирования пачек импульсов. Частота следования и длительность пачек изменялись в широких пределах в зависимости от величины тока. Эффект стабилизации тока при этом имел место, но пульсации на выходе модуля существенно возрастали. Кроме того работа устройства в режиме СС сопровождалась довольно громким писком, источником которого являлся дроссель L1.
Работа сигнализатора снижения тока нареканий не вызвала. Модуль успешно выдерживал короткое замыкание в нагрузке.

Таким образом модуль работоспособен как в режиме CV, так и в режиме СС, но при его использовании следует учитывать вышеописанные особенности.
Данный обзор написан по результатам исследования одного экземпляра устройства, что делает полученные результаты чисто ориентировочными.
По мнению автора описанный импульсный стабилизатор может быть с успехом использован, если требуется дешёвый, компактный источник питания с удовлетворительными характеристиками.

Источник

Xl4015e1 блок питания регулировка тока

Технические характеристики:

  • Входное напряжение: 6-32V;
  • Выходное напряжение: 1.25-30V регулироемое;
  • Ток нагрузки: регулируемый, макс. 5A;
  • Выходная мощность: не более 75W;
  • Допустимая при работе температуры окружающей среды: -40 до + 85 градусов;
  • Частота внутреннего преобразователя: 180KHz;
  • КПД: до 96%;
  • Защита от короткого замыкания: Есть (предельный ток 8A);
  • Защита от перегрева: Есть (автоматическое отключение при перегреве);
  • Защита от включения с обратной полярностью: Нет;
  • Размеры: 51х26х15 mm;
  • Вес: 20 г.

Описание:

Регулируется выходное напряжение и максимальный ток нагрузки. Выполнен на микросхеме-преобразователе XL4015.
ВАЖНО! При использовании модуля, «минус» входа и выхода не должны быть
гальванически соединены, в противном случае токоизмеряющий резистор
будет «закорочен» и ограничение максимального выходного тока не будет
работать. Это может привести к перегрузке и выходу со строя модуля.
Внимание. При токе нагрузки более 3А или выходной мощности более 35W требуется дополнительное охлаждение.

Основные режимы использования:
понижающий преобразователь с ограничением максимального тока нагрузки;
зарядное устройство для различных аккумуляторов;
мощный светодиодный драйвер.

Настройка режима понижающего преобразователя с ограничением максимального тока нагрузки.
Вращением потенциометра регулировки выходного напряжения установите требуемую величину выходного напряжения.
Подключите к выходу без подключенной нагрузки мультиметр в режиме измерения тока
10A. Фактически это режим измерения тока короткого замыкания на выходе.
Вращая потенциометр регулировки выходного тока установите максимальное
значение тока нагрузки, например 4A. После этого можно подключить
нагрузку. Когда выходной ток достигнет 4A, включится соответствующий
сигнальный диод.

Читайте также:  Блок питания универсальный 12 19В 4 5А 22 24В 5А

Настройка режима зарядного устройства.
В этом режиме требуется установить максимальное напряжение заряда
аккумулятора и максимальный ток заряда. (для литиевого аккумулятора
максимальное напряжение заряда составляет 4.2V, максимальный ток заряда
равен значению емкости)
Без подключенной нагрузки, вращая потенциометр регулировки напряжения, установите максимальное напряжение заряда, например 4.2V.
Подключите к выходу без подключенной нагрузки мультиметр в режиме измерения тока
10A. Фактически это режим измерения тока короткого замыкания на выходе.
Вращая потенциометр регулировки выходного тока установите максимальное
значение тока заряда. Например для аккумулятора емкостью 2200mAh это
будет 2200mA.
После выполненных регулировок можно осуществлять заряд аккумулятора.
На плате расположены светодиодные индикаторы для визуального контроля
состояния заряда. Когда ток заряда упадет до значения 0.1 от
максимального тока заряда, выключится соответствующий светодиодный
индикатор процесса заряда и включится индикатор завершения заряда.

Настройка режима светодиодного драйвера.
Для настройки требуется подключить к выходу светодиод и контролирую
выходной ток и напряжение подобрать рабочее напряжение, при котором ток
через светодиод достигает номинального. После чего настраивается
ограничение по току на уровне номинального тока светодиода.
Процедуры регулировки аналогичны описанным выше.

Источник



Блок питания на базе готового регулируемого DC-DC преобразователя

Простой блок питания 1,2 — 32V на базе DC-DC модуля (XL4015)

Модуль регулируемого DC-DC преобразователя на XL4015

Один из самых востребованных приборов в мастерской начинающего радиолюбителя – это регулируемый блок питания. О том, как самостоятельно собрать регулируемый блок питания на микросхеме MC34063 я уже рассказывал. Но и у него есть ограничения и недостатки. Во-первых, это мощность. Во-вторых, отсутствие индикации выходного напряжения.

Здесь я расскажу о том, как с минимумом временных затрат и усилий собрать регулируемый блок питания 1,2 – 32 вольт и максимальным выходным током до 4-ёх ампер.

Для этого нам понадобится два очень важных элемента:

Трансформатор, с выходным напряжением до

25. 26 вольт. О том, как его подобрать и где найти, я расскажу далее;

Готовый модуль регулируемого DC-DC преобразователя со встроенным вольтметром на базе микросхемы XL4015.

Наиболее распространены и дёшевы модули на базе микросхем XL4015 и LM2956. Самый дешёвый вариант – это модуль без цифрового вольтметра. Для себя я купил несколько вариантов таких DC-DC преобразователей, но более всех мне понравился модуль на базе микросхемы XL4015 со встроенным вольтметром. О нём и пойдёт речь.

Вот так он выглядит. Покупал его на Алиэкспресс, вот ссылка. Можно подобрать подходящий по цене и модификации через поиск.

Регулируемый DC-DC преобразователь

Обратная сторона платы и вид сбоку.

Внешний вид готового модуля DC-DC преобразователя

Основные характеристики модуля:

Диапазон входных напряжений: 4. 36V. Максимум 38. 40V. Реально работает от 4,5. 4,6 вольт. Если на входе 4 вольта, то индикация вольтметра засвечена не будет;

Диапазон выходных напряжений (регулируется): 1,25. 32V;

Максимальный выходной ток: 5А. На самом деле, это максимальный ток диода SS54, что на плате. Рекомендуют нагружать током не более 4,5А, а на микросхему XL4015 приклеить радиатор, который идёт в комплекте.

Охлаждающий радиатор на самоклейке

Диапазон измеряемого напряжения вольтметра: 0. 40V;

Точность показаний вольтметра: ±0,1V;

Защита от переполюсовки на входе;

Защита от короткого замыкания (КЗ) на выходе (Есть нарекания по работе защиты от короткого замыкания на выходе, поэтому специально устраивать КЗ не рекомендую);

Встроенная защита от температурного перегрева.

Не будем забывать, что производители любят завышать характеристики своих изделий. Судя по отзывам, наиболее оптимальный вариант использования данного DC-DC модуля — это работа при входном напряжении до 30 вольт и потребляемом токе до 2 ампер.

Управление DC-DC модулем.

На печатной плате DC-DC модуля установлены две кнопки управления и регулятор выходного напряжения — обычный многооборотный переменный резистор.

Элементы управления DC-DC модулем

Короткое нажатие кнопки 1 отключает/включает индикацию вольтметра. Своеобразный диммер. Удобно при запитке от АКБ.

Коротким нажатием на кнопку 2 можно переключать режим работы вольтметра, а именно, отображения входного или выходного напряжения на индикаторе. При использовании совместно с АКБ можно контролировать напряжение батареи и не допускать глубокого разряда.

Калибровка показаний вольтметра.

Сначала кнопкой 2 выбираем, какое напряжение отображать на дисплее вольтметра (входное или выходное). Затем мультиметром замеряем постоянное напряжение (входное или выходное) на клеммах. Если оно отличается от величины напряжения, отображаемого вольтметром, то начинаем калибровку.

Жмём 3-4 секунды на 2-ую кнопку. Показания на дисплее должны потухнуть. Отпускаем кнопку. При этом показания на дисплее появятся и начнут моргать.

Далее кратковременными нажатиями на кнопки 1 и 2 уменьшаем или увеличиваем величину отображаемого напряжения с шагом 0,1V. Если надо увеличить показания, например, с 12,0V до 12,5V, то жмём 5 раз на кнопку 2. Если надо уменьшить с 12V до 11,5V, то, соответственно, жмём 5 раз на кнопку 1.

После того, как калибровка завершена, жмём секунд 5 на кнопку 2. При этом показания на дисплее вольтметра перестанут моргать — калибровка завершена. Также можно ничего не делать и секунд через 10 вольтметр сам выйдет из режима калибровки.

Для того чтобы собрать блок питания, кроме самого DC/DC-модуля нам понадобится трансформатор, а также небольшая схема — диодный мост и фильтр.

Вот схема, которую нам предстоит собрать.

Схема блока питания на базе готового DC-DC модуля

(Картинка кликабельна. По клику откроется в новом окне)

О трансформаторе Т1 я расскажу чуть позднее, а сейчас разберёмся с диодным мостом VD1-VD4 и фильтром C1. Эту часть схемы я буду называть выпрямителем. Далее на фото — необходимые детали для его сборки.

Читайте также:  Тонкая зарядка для nokia в Екатеринбурге

Необходимые детали для сборки выпрямителя

Разводку будущих печатных дорожек на плате я рисовал маркером для печатных плат. Перед этим сделал набросок расположения элементов на плате, развёл соединительные проводники. Затем по шаблону отметил на заготовке места сверления. Сверлил до травления в хлорном железе, так как, если сверлить после травления, могут остаться зазубрины вокруг отверстий и легко повредить окантовку около отверстий.

Затем высушил заготовку после травления, смыл защитный слой лака от маркера «Уайт-спиритом». После этого вновь отмыл и высушил заготовку, зачистил медные дорожки мелкой наждачной бумагой и залудил все дорожки припоем. Вот, что получилось.

Печатная плата выпрямителя и фильтра (этапы изготовления)

Немного о просчётах. Так как делал всё быстро и на коленке, то без «косяков», естественно, не обошлось. Во-первых, сделал плату двухсторонней, а не надо было. Дело в том, что отверстия то без металлизации, и запаять потом тот же разъём в такую двухстороннюю печатную плату непростая задача. С одной стороны контакты запаяешь без проблем, а вот с другой стороны платы уже никак. Так что намучился.

Внешний вид готового выпрямителя и фильтра

Вместо сетевого выключателя SA1 временно впаял перемычку. Установил входные и выходные разъёмы, а также разъём для подключения трансформатора. Разъёмы устанавливал в расчёте на модульность и удобство пользования, чтобы впредь можно было быстро и без пайки соединять блок выпрямителя с разными DC-DC модулями.

В качестве плавкого предохранителя FU1 использовал готовый с держателем. Очень удобно. И контакты под напряжением прикрыты, и предохранитель заменить без пайки не проблема. По идее подойдёт предохранитель в любом исполнении и типе корпуса.

В качестве диодного моста (VD1 — VD4) я использовал сборку RS407 на максимальный прямой ток 4 ампера. Аналоги диодного моста RS407 — это KBL10, KBL410. Диодный мост можно собрать и из отдельных выпрямительных диодов.

Тут стоит понимать, что сам регулируемый DC-DC модуль рассчитан на максимальный ток 5 ампер, но такой ток он сможет выдержать только в том случае, если на микросхему XL4015 установить радиатор, да, и для диода SS54, что на плате, ток в 5А — максимальный!

Также не будем забывать, что производители склонны завышать возможности своих изделий и срок их службы при таких нагрузках. Поэтому для себя я решил, что такой модуль можно нагружать током до 1 — 2 ампер. Речь идёт о постоянной, долгосрочной нагрузке, а не периодической (импульсной).

При таком раскладе, диодный мост можно выбрать на прямой ток 3-4 ампера. Этого должно хватить с запасом. Напомню, что если собирать диодный мост из отдельных диодов, то каждый из диодов, входящих в состав моста должен выдерживать максимальный потребляемый ток. В нашем случае это 3-4 ампера. Вполне подойдут диоды 1N5401 — 1N5408 (3А), КД257А (3А) и др.

Также для сборки потребуется электролитический конденсатор C1 ёмкостью 470 — 2200 мкФ. Конденсатор лучше выбрать на рабочее напряжение 63V, так как максимальное входное напряжение DC-DC преобразователя может быть до 36V, а то и 38. 40V. Поэтому разумней поставить конденсатор на 63V. С запасом и надёжно.

Тут опять же стоит понимать, что всё зависит от того, какое напряжение у вас будет на входе DC-DC модуля. Если, например, планируется использовать модуль для питания 12-ти вольтовой светодиодной ленты, а на входе DC-DC модуля будет напряжение только 16 вольт, то электролитический конденсатор можно поставить с рабочим напряжением 25 вольт или более.

Я же поставил по максимуму, так как данный модуль и собранный выпрямитель, я планировал использовать с разными трансформаторами, у которых разное выходное напряжение. Следовательно, чтобы каждый раз не перепаивать конденсатор, установил его на 63V.

Выпрямитель с фильтром + DC-DC преобразователь

В качестве трансформатора T1 подойдёт любой сетевой трансформатор с двумя обмотками. Первичная обмотка (Ⅰ) сетевая и должна быть рассчитана на переменное напряжение 220V, вторичная обмотка (Ⅱ) должна выдавать напряжение не более 25

Если взять трансформатор, на выходе которого будет более 26 вольт переменного напряжения, то после выпрямителя напряжение может быть уже более 36 вольт. А, как мы знаем, модуль DC-DC преобразователя рассчитан на входное напряжение до 36 вольт. Также стоит учитывать тот момент, что в бытовой электросети 220V иногда бывает чуть завышенное напряжение. Из-за этого, пусть и кратковременно, на выходе выпрямителя может образоваться довольно существенный «скачок» напряжения, который превысит допустимое напряжение в 38. 40 вольт для нашего модуля.

Далее вы поймёте, зачем я всё это разжёвываю.

Ориентировочный расчёт выходного напряжения Uвых после диодного выпрямителя и фильтра на конденсаторе:

Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора T1 (Ⅱ) — UT1;

Падение напряжения (Forward Voltage Drop) на диодах выпрямителя — VF. Поскольку в диодном мосте в каждый полупериод ток течёт через два диода, то VF умножаем на 2. Для диодной сборки дело обстоит также.

Так, для RS407 в даташите я нашёл такую строчку: Maximum forward Voltage drop per bridge element at 3.0A peak — 1 Volt. Это означает, что если через любой из диодов моста течёт прямой ток в 3 ампера, то на нём будет теряться 1 вольт напряжения (per bridge element — на каждый элемент моста). То есть берём значение VF = 1V и так же, как и в случае с отдельными диодами, умножаем величину VF на два, так как в каждый полупериод ток течёт через два элемента диодной сборки.

Вообще, чтобы не ломать голову полезно знать, что VF для выпрямительных диодов обычно составляет около 0,5 вольт. Но это при небольшом прямом токе. С его ростом увеличивается и падение напряжения VF на p-n переходе диода. Как видим, величина VF при прямом токе в 3А для диодов сборки RS407 составляет уже 1V.

Так как на электролитическом конденсаторе С1 выделяется пиковое значение выпрямленного (пульсирующего) напряжения, то итоговое напряжение, которое мы получим после диодного моста (UT1 — (VF*2)) необходимо умножить на квадратный корень из 2, а именно √2

Читайте также:  Xilence XP700R7 блок питания в Екатеринбург

Таким образом, с помощью этой простой формулы мы сможем определить выходное напряжение на выходе фильтра. Теперь осталось дело за малым — найти подходящий трансформатор.

В качестве трансформатора я использовал силовой броневой трансформатор ТП114-163М.

Трансформатор ТП114-163М

К сожалению, точных данных на него я не нашёл. Выходное напряжение на вторичной обмотке без нагрузки

19,4V. Ориентировочная мощность данного трансформатора

Кроме этого решил сравнить полученные данные с параметрами трансформаторов серии ТП114 (ТП114-1, ТП114-2. ТП114-12). Максимальная выходная мощность данных трансформаторов — 13,2 Вт. Наиболее подходящим к трансформатору ТП114-163М по параметрам оказался ТП114-12. Напряжение на вторичной обмотке в режиме холостого хода — 19,4V, а под нагрузкой — 16V. Номинальный ток нагрузки — 0,82А.

Также в моём распоряжении оказался ещё один трансформатор, также серии ТП114. Вот такой.

Трансформатор серии ТП114

Судя по выходному напряжению (

22,3V) и лаконичной маркировке 9М, это модификация трансформатора ТП114-9. Параметры ТП114-9 такие: номинальное напряжение — 18V; номинальный ток нагрузки — 0,73А.

На базе первого трансформатора (ТП114-163М) мне удастся сделать регулируемый блок питания 1,2. 24 вольт, но это без нагрузки. Понятно, что при подключенной нагрузке (потребителе тока) напряжение на выходе трансформатора просядет, и результирующее напряжение на выходе DC-DC преобразователя также уменьшится на несколько вольт. Поэтому, этот момент надо учитывать и иметь ввиду.

На базе второго трансформатора (ТП114-9) уже получится регулируемый блок питания на 1,2. 28 вольт. Это также без нагрузки.

Про выходной ток. Производителем заявлено, что максимальный выходной ток DC-DC преобразователя — 5А. Судя по отзывам, максимум 2А. Но, как видим, трансформаторы мне удалось найти достаточно маломощные. Поэтому выжать даже 2 ампера мне вряд ли получится, хотя всё зависит от выходного напряжения DC-DC модуля. Чем меньше оно будет, тем больший ток удастся получить.

Для всякого маломощного «разносола» данный блок питания подойдёт на ура. Вот запитка «веселящего шарика» напряжением 9V и током около 100 mA.

Запитка маломощной нагрузки от самодельного блока питания на модуле XL4015

А это уже запитка 12-ти вольтовой светодиодной ленты длиной около 1 метра.

Подключаем к блоку питания на модуле XL4015 светодиодную ленту

Также существует облегчённая, Lite-версия данного DC-DC преобразователя, которая собрана также на микросхеме XL4015E1.

Версия DC-DC модуля с вольтметром и без

Единственное отличие, это отсутствие встроенного вольтметра.

Облегчённая, Lite-версия DC-DC преобразователя на XL4015E1

Параметры аналогичные: входное напряжение 4. 38V, максимальный ток 5А (рекомендуется не более 4,5А). Реально же использовать при входном напряжении до 30V, 30V с небольшим. Ток нагрузки не более 2. 2,5А. Если нагружать сильнее, то ощутимо греется и, естественно, снижается срок службы и надёжность.

Источник

Понижающий преобразователь XL4015

В сегодняшней статье хочу сделать небольшой обзор понижающего преобразователя на XL4015. Этот дешевый модуль на удивление очень мощный для своего маленького размера.

Модуль на XL4015 имеет КПД до 96%, мощность в нагрузке 75ВТ, при максимальном токе 5А. Питается модуль от 6В до 38В, выходное напряжение от 1,25В до 36В. Надо помнить, что разница между входящим и исходящим напряжением не менее 2В. В микросхеме есть защита от перегрева кристалла, а так же защита от короткого замыкания.

Выглядит модуль вот так
Модуль на XL4015
Размеры модуля 26*62*16ММ. Высота замерена по самой высокой детали, дросселю.
Пора перейти к схеме модуля с регулировкой напряжения и тока XL4015
Схема преобразователя XL4015
Схема преобразователя XL4015

Основой всей схемы является XL4015. Которая чем то напоминает lm2596, но имеет на борту полевой транзистор, а так же выходной ток до 5А
Эта микросхема импульсный понижающий преобразователь. Управление микросхемой происходит через 2-ю ножку называемая FeedBack. Ножка FB это вход компаратора ошибки с фиксированным напряжением 1,25В.

Ограничение напряжения устанавливается переменным резистором CV 10к в составе резисторного делителя R3иCV
Ограничение выходного тока построено на датчике тока которым выступает шунт на 0,05Ом. Падение напряжения на нем сравнивается с напряжением на компараторе, установленным переменным резистором СС 1к. Индикация работы в режиме стабилизатора тока осуществляется красным светодиодом
Модуль на XL4015. Стабилизация тока
На втором ОУ собран индикатор нагрузки. Если нагрузка меньше 9% от максимального тока, светится зеленый светодиод, если нагрузка больше- синий светодиод
Модуль на XL4015. Нагрузка меньше 9%
Модуль на XL4015. Нагрузка больше 9%

Смысл от от этого индикатора в блоке питания считаю бесполезным, а вот сигнализатор токов удобно использовать как индикатор заряда аккумулятора.

Модуль на XL4015 после перегрева

Испытания XL4015
Пришло испытать модуль
На вход подаю напряжение 23В от конденсаторного фильтра лабораторного блока питания, нагрузка на модуле лампа 12В с мото фары ближний свет
Напряжение под нагрузкой просело до 18,6В при токе 4А, напряжение на выходе 12,3В ток 4А. Если мои расчеты верны то КПД этой схемы 65%.
Под такой нагрузкой за первые 5 минут схема хорошенько нагрелась, проработала еще пол часа и испустила дух.

Микросхема XL4015

Тот самый белым дым, на котором работают все микросхемы и транзисторы, микросхема выпустила. После замены микросхемы и диода все нормально заработало, но я больше ее та не нагружал. Скорее всего первым умер диод и увел за собой микросхему
Плата после замены, диод временно заменил на двойной диод с блока питания ПК
Микросхема выглядит вот так

Вывод напрашивается такой, модуль преобразователя XL4015 великолепно подходит для многих задач и несомненно найдет место в мастерской, но с отводом тепла надо что-то делать
Рекомендую посмотреть статью про универсальное зарядное плюс блок питания на Xl4015

Покупка модуля XL4015
Пару слов о том, где прикупить такой модуль. Естественно, лучшая цена за товар будет именно при заказе с Китая. Проблематично ждать месяц, но если уж экономить,то лучше при прямой покупке
Приобрести модули можно по этой ссылке цена за один 92 рубля, доставка бесплатна

Источник

Импульсный стабилизатор на микросхеме XL4015



Понижающий модуль постоянного тока XL4015 с управлением CV/CC

XL4015-01

В статье объясняется легкий способ модифицировать понижающий преобразователь постоянного напряжения, собранного на микросхеме XL4015, с помощью регулируемого ограничителя тока, который, отсутствует в стандартной модели.

Микросхема XL4015 представляет собой полнофункциональный понижающий DC/DC преобразователь широтно-импульсной модуляции (ШИМ)с фиксированной частотой 180 кГц. Прибор был специально создан китайскими специалистами для работы с нагрузкой 5 В, 5 А, и отличающейся хорошей эффективностью, минимальной пульсацией и исключительным регулированием линии и нагрузки.

Модуль XL4015

Модификация понижающего преобразователя XL4015 регулируемого с помощью ограничителя тока

Модуль регулятора построен с использованием очень небольшого количества дополнительных деталей, с ним легко работать и он состоит из встроенной частотной компенсации и генератора фиксированной частоты.

Схема управления ШИМ имеет регулируемую продолжительность включения с постоянной скоростью от 0 до 100%. IC XL4015 также имеет встроенную функцию защиты от перегрузки по току.

Стандартный модуль

Стандартный модуль

Когда на выходе обнаруживается короткое замыкание, рабочая частота мгновенно понижается с 180 кГц до 48 кГц, что вызывает немедленное падение выходного напряжения и тока. Чип имеет полностью интегрированный блок компенсации, вне зависимости от каких-либо внешних компонентов.

Подключение стандартного преобразователя

Подключение стандартного преобразователя

Основные характеристики IC XL4015:

  1. Широкий диапазон входного напряжения от 8 В до 36 В
  2. Выходное напряжение регулируется от 1,25 В до 32 В
  3. Максимальный рабочий цикл может достигать 100%.
  4. Выходное напряжение составляет всего 0,3 В
  5. Частота переключения зафиксирована на уровне 180 кГц.
  6. Выходной ток постоянный, 5А.
  7. Встроенные силовые полевые МОП-транзисторы обеспечивают оптимизацию высокого напряжения/тока
  8. Эффективность работы впечатляет — 96%.
  9. Регулировка линии и нагрузки очень хорошая
  10. IC имеет функцию отключения при перегреве с внутренним управлением
  • Точно так же он также имеет встроенную функцию ограничения тока.
  • Излишне говорить, что микросхема также имеет функцию защиты от короткого замыкания на выходе.
  • Главный недостаток устройства

    Хотя модуль XL4015 обладает множеством отличных функций, которые необходимы понижающему преобразователю, ему не хватает одной важной опции. В модуле нет устройства для регулировки выходного тока до желаемых уровней в соответствии со спецификациями нагрузки.

    Так что, если вы хотите зарядить литий-ионный аккумулятор с помощью модуля XL4015, скажем, на 2 А, вы не сможете этого сделать из-за вышеупомянутого недостатка. Точно так же, если вы хотите управлять светодиодом 3,3 В при максимальном токе 3 А, вы тоже будете разочарованы, поскольку модуль рассчитан на фиксированный ток 5 А.

    Как работает XL4015

    Базовая рабочая схема понижающего преобразователя XL4015 показана ниже:

    Схема базового модуля

    Схема сконфигурирована так, чтобы вырабатывать фиксированные 5 В при постоянном выходном токе 5 А в ответ на вход питания от 8 В до 36 В. Характеристики входной мощности должны быть выше выходной, что означает, что входная мощность источника питания должна быть выше 5 В x 5 А = 25 Вт.

    Следовательно, если используется входное напряжение 36 В, то входной ток должен быть выше 25/36 = 0,7 А. Если используется 8 В, то входной ток может быть выше 25/8 = 3 А и так далее.

    Внутренняя схема IC XL4015 состоит из основных элементов, таких как генератор и усилитель ошибки. Хорошо рассчитанная и управляемая частота генератора 180 кГц генерируется на выводе 3 (SW) для питания конфигурации внешнего понижающего преобразователя, состоящего из диода, катушки индуктивности и конденсатора. Это позволяет понижающему каскаду обрабатывать входное питание до точных выходных 5 В, 5 А.

    Контакт 2 (FB) функционирует как вход для обратной связи усилителя ошибки. Минимального входного напряжения 1,25 В на этой распиновке достаточно, чтобы начать процесс отключения ИС.

    Эта распиновка может быть сконфигурирована с делителем потенциала R1, R2, который гарантирует, что выходное напряжение никогда не может выходить за пределы диапазона 5 В, что затем вызывает напряжение выше 1,25 В на выводе FB, инициируя процесс выключения для IC, тем самым предотвращая переход выхода через уровень 5 В.

    Это также означает, что выходное напряжение может быть отрегулировано до других значений, например 12 В или 15 В, путем соответствующего изменения номиналов делителя обратной связи R1/R2.

    Цепочку R1/R2, также можно зафиксировать, используя следующую формулу для получения желаемого выходного напряжения:

    • Vвых=1,25х(1+R2/R1)

    Регулировка предельного тока

    Как видно из схемы, модуль XL4015 не имеет функции ограничения тока, которая, по-видимому, является основным ограничением модуля.

    Тем не менее, устройство включает в себя вывод FB выключения, который может быть настроен со схемой внешнего ограничителя тока для выполнения этой функции. Это можно реализовать, как показано на следующей диаграмме:

    схема внешнего ограничителя

    RX можно рассчитать по закону Ома:

    • RX = 0,2/Текущий предел

    Поскольку два транзистора соединены с выходом, имеющий очень высокий коэффициент усиления, разности потенциалов всего 0,2 В на RX должно быть достаточно для срабатывания вывода FB IC и инициирования действия по ограничению тока.

    Как только ток устремится превысить желаемый предел, через RX возникает необходимый минимальный потенциал, вызывая проводимость NPN, что, в свою очередь, жестко запускает PNP BJT. Действие подает предполагаемый положительный постоянный ток на вывод FB, инициируя отключение.

    Читайте также:  Купил GaN зарядку Рассказываю о плюсах и минусах

    Когда это происходит, выходной ток падает ниже установленного предела, выключая BJT и восстанавливая предыдущее состояние, при котором ток снова начинает превышать установленный предел, включая BJT. Цикл повторяется, гарантируя, что ток всегда остается в пределах установленного предела. При такой компоновке XL4015 оснащается очень полезной функцией регулируемого ограничения выходного тока.

    Альтернатива XL4015 (эквивалентная схема)

    Хотя модуль XL4015 легко приобрести в большинстве интернет-магазинов, микросхема не производится известными брендами и может в любой момент выйти из употребления. Поэтому альтернативная схема регулируемого понижающего преобразователя на 5 В с использованием дискретных компонентов представляется гораздо лучшим вариантом.

    На следующей схеме показан очень эффективный понижающий преобразователь 5 В с использованием популярной микросхемы TL494:

    понижающий преобразователь-TL494

    В приведенном выше примере приведен простой, но чрезвычайно удобный прецизионный эквивалент понижающего преобразователя 5 В для XL4015. Здесь показано применение понижающего преобразователя солнечного инвертора, которое можно использовать для любой другой цели преобразователя постоянного тока в постоянный.

    Использование TL494 гарантирует, что конструкция не устареет быстро, и замена IC будет всегда доступна, когда это потребуется. Здесь также имеется контур обратной связи усилителя ошибки, определяющий выходной ток, настраивая схему делителя потенциала, построенную на резисторах R8/R9.

    Сила тока может быть отрегулирована соответствующей настройкой резистора R13.

    • R13 = 0,2/Максимальный предел тока

    Еще одно большое преимущество использования вышеупомянутого дискретно построенного понижающего преобразователя — это уровень выходного тока, который не ограничен 5 А, а может быть повышен до гораздо более высоких уровней, просто нужно установить более мощные транзисторы, диаметр провода индуктора и номинал резистора R13.

    Источник

    Преобразователь напряжения 5A DC-DC XL4015

    Преобразователь напряжения 5A DC-DC XL4015

    XL4015 понижающий преобразователь 5A — это универсальный модуль питания 3 в 1 с регулировкой тока и напряжения. Его можно использовать как преобразователь напряжения, стабилизатор тока. Например в интернете много проектов, где его применяют для создания лабораторного источника питания. А так же очень много примеров использования этого преобразователя в качестве зарядного устройства Li-Ion, Li-Po, Ni-Cd, Ni-MH, Pb и других аккумуляторов. Еще DC-DC XL4015 используют как светодиодный драйвер, для подключения к нему мощных светодиодов. И все это возможно благодаря выдающимся характеристикам микросхемы xl4015e1. Высокий КПД DC-DC XL4015 достигается, за счет встроенного в микросхему транзистора MOSFET с низким сопротивлением перехода DS канала и высокой частоте преобразования(180 000 Гц).

    Характеристики xl4015 преобразователя:

    Эффективность(КПД) 96%
    Напряжение входное 7 .. 36 В
    Напряжение выходное 1,25 .. 32 В
    Выходной ток 0 .. 5А
    Частота ШИМ 180 кГц
    Выходной силовой ключ микросхемы xl4015 MOSFET
    Рабочая температура -40 .. +85°C
    Защита от перенапряжения да
    Защита от перегрузки да
    Защита от перегрева да
    Защита от короткого замыкания да
    Защита от переполюсовки нет
    Размеры 62 x 26 мм

    Внимание! Прежде чем использовать, при помощи подстроечного резистора, настройте нужное Вам выходное напряжение и ток

    Источник

    Преобразователь мощности литиевое зарядное устройство понижающий модуль xl4015

    XL4015 представляет собой недорогой понижающий DC-DC-преобразователь от китайских производителей. Он обеспечивает возможность регулировки как выходного напряжения (от 1.25 до 32 В), так и тока (от 0 до 5 А). Имеет низкий заявленный уровень пульсаций и искажений (до 50 мВ). КПД до 96%. Предельная мощность ограничена встроенными защитными функциями.

    Несмотря на то, что характеристики xl4015 в datasheet сильно преувеличены производителями и не всегда удовлетворяют ожидания покупателей, в настоящее время он остается достаточно популярным у многих радиолюбителей. Это объясняется не только его дешевизной, но и массовой доступностью. При этом, он неплохо зарекомендовал себя при продолжительной работе с номинальным током в нагрузке от 0 до 2.5 А и стандартными напряжениями 5, 8 и 12 В. К сожалению на большее он все же не рассчитан. Необходимо учитывать это в своих разработках.

    1. Схема подключения
    2. Настройка
    3. Дополнительный вольтампертметр
    4. Основные характеристики
    5. Повышение мощности
    6. Применение

    Схема подключения

    Схема включения и настройка XL4015 E1 очень простая. Модуль имеет клеммы для подачи входного и выходного напряжения. Для отражения состояния работы на плате размещены светодиоды. Более подробная информация представлена на рисунке.

    xl4015 схема включения

    Символы «E1» в маркировке микросхемы, установленной на плате, указывают на наличие безсвинцовой технологии (Pb-free) и соответствие экологическому евростандарту RoHS.

    Настройка

    Питающий потенциал на входе модуля всегда будет больше, чем на выходе, так как это понижающий преобразователь. Поэтому получить напряжение на выходе больше, чем на входе используя xl4015 невозможно.

    Для его увеличения напряжения (тока) необходимо вращать соответствующие ручку потенциометров, размещенных на плате, по часовой стрелке. Для уменьшения в другую сторону. Таким образом осуществляется настройка необходимых значений выходных параметров.

    Дополнительный вольтампертметр

    Для отображения информации о значениях напряжения и тока специально для xl4015 разработана дополнительная плата вольтамперметра. Она существенно облегчат задачу конструирования лабораторного блока питания, но к сожалению не продается отдельно.

    Читайте также:  Тонкая зарядка для nokia в Екатеринбурге

    Фото xl 4015 с платой вольтамперметра

    Основные характеристики

    xl4015 — это понижающий регулируемый источник напряжения и тока, его описание на русском довольно часто встречается в интернете. Ниже приведены основные технические характеристики платы:

    • напряжение: на входе 8…36 В; на выходе 1.25 … 36 В;
    • максимальный выходной ток: до 5 А (с радиатором);
    • фиксированная частота переключений до 180 кГц;
    • выходные искажения (пульсации) до 50 мВ;
    • КПД до 96%;
    • выходная мощность – ограничена внутренней защитой;
    • рабочая температура: — 40 … +125 o C

    Минимальное отличие между входным и выходным напряжениями – 0.3 В. При превышении мощности более 35 Вт, необходимо применение охлаждения. Плата оснащена дополнительными защитными функциями от: короткого замыкания (КЗ); выключения при перегреве. Встроенная защита от переплюсовки отсутствует.

    Повышение мощности

    В большинстве случаев элементной базы xl4015 достаточно для питания различных слаботочных электронных приборов. Однако, как уже отмечалось выше, для нагрузки с током о 4-5 А он не пригоден. Быстро перегревается и переходит в режим защиты.

    Стоит отметить, что перегрев появляется не только из-за недостаточного охлаждения, но и конструктивных недоработок модуля. Иногда его защита вовсе не срабатывает и он полностью выходит из строя. При этом, чаще всего выгорают диод Шотки и микросхема XL4015E1. Для увеличения выходной мощности необходима соответствующая доработка.

    Пример такой доработки xl4015 для общего повышения мощности представлен в видеоролике.

    Применение

    Часто его приобретают для создания лабораторных блоков питания, которые похожи по своим характеристикам с рассматриваемой платой, но стоят на порядок дороже. Их цена на Алиэкспресс начинается от 3000 рублей и выше. Вместе с тем, собрать простой лаболаторник на xl4015 можно на порядок дешевле и своими руками. Многие радиолюбители так и поступают. Скачать даташит на преобразователь по ссылке.

    Источник

    Импульсный стабилизатор на микросхеме XL4015

    Данный обзор посвящён модулю импульсного стабилизатора, который предлагается интернет-магазинами под названием «5A Lithium Charger CV CC Buck Step Down Power Module LED Driver». Таким образом модуль представляет собой импульсный понижающий преобразователь, предназначенный для зарядки литий-ионных аккумуляторов в режимах CV (постоянное напряжение) и СС (постоянный ток), а также для питания светодиодов. Стоит данное устройство около 2-х USD. Конструктивно модуль представляет собой печатную плату, на которой установлены все элементы, включая сигнальные светодиоды и органы регулировки. Внешний вид модуля представлен на рис.1.

    Внешний вид модуля

    Чертёж печатной платы представлен на рис. 2.

    Согласно спецификации изготовителя модуль имеет следующие технические характеристики:

    • Входное напряжение 6-38 В постоянного тока.
    • Выходное напряжение регулируемое 1.25-36 В постоянного тока.
    • Выходной ток 0-5 А (регулируемый).
    • Мощность в нагрузке до 75 ВА.
    • КПД более 96%.
    • Имеется встроенная защита от перегрева и короткого замыкания в нагрузке.
    • Размеры модуля 61.7х26.2х15 мм.
    • Масса 20 грамм.

    Сочетание невысокой цены, малых размеров и высоких технических характеристик вызвало у автора интерес и желание экспериментально определить основные характеристики модуля.
    Производитель не приводит схему электрическую принципиальную, по этому её пришлось рисовать самостоятельно. Результат этой работы представлен на рис. 3.

    Схема импульсного стабилизатора на микросхеме XL4015

    Основой устройства является микросхема DA2 XL4015, представляющая собой оригинальную китайскую разработку. Данная микросхема весьма похожа на популярную LM2596, но отличается улучшенными характеристиками. Видимо это достигается применением в качестве силового ключа мощного полевого транзистора. Описание этой микросхемы приведено в Л1. В данном устройстве микросхема включена в полном соответствии с рекомендациями изготовителя. Переменный резистор “CV” является регулятором выходного напряжения. Цепь регулируемого ограничения выходного тока выполнена на операционном усилителе DA3.1. Этот усилитель сравнивает падение напряжения на токоизмерительном резисторе R9 с регулируемым напряжением, снимаемым с переменного резистора “CC”. С помощью этого резистора можно задать желаемый уровень ограничения тока в нагрузке стабилизатора.

    Если заданное значение тока будет превышено, то на выходе усилителя появится сигнал высокого уровня, красный светодиод HL2 откроется и напряжение на входе 2 микросхемы DA2 повысится, что приведёт к снижению напряжения и тока на выходе стабилизатора. Кроме того свечение HL2 будет сигнализировать о том, что модуль работает в режиме стабилизации тока (СС). Конденсатор С5 должен обеспечивать устойчивость узла регулирования тока.

    На втором операционном усилителе DA3.2 собран сигнализатор снижения тока в нагрузке до значения менее 9% от заданного максимального тока. Если ток превышает указанное значение, то светится синий светодиод HL3, в противном случае светится зелёный светодиод HL1. При зарядке литий-ионных аккумуляторов снижение зарядного тока является одним из признаков окончания зарядки.
    На микросхеме DA1 собран стабилизатор с выходным напряжением 5В. Это напряжение используется для питания операционного усилителя DA3, также оно используется для формирования опорного напряжения ограничителя тока и сигнализатора снижения тока.

    Читайте также:  Коммутационная панель Снятие коммутационной панели

    Падение напряжения на токоизмерительном резисторе никак не компенсируется, по этому с ростом тока в нагрузке выходное напряжение стабилизатора снижается. Чтобы уменьшить данный недостаток величина токоизмерительного резистора выбрана достаточно маленькой (0.05 Ома). Из-за этого дрейф операционного усилителя DA3 может вызвать заметную нестабильность как уровня ограничения выходного тока так и уровня срабатывания сигнализатора.
    Испытания модуля показали, что выходное сопротивление стабилизатора в режиме стабилизации напряжения (CV) практически полностью определяется токоизмерительным резистором и составляет около 0.06 Ома.
    Коэффициент стабилизации напряжения около 400.
    Для оценки тепловыделения на вход модуля было подано напряжение 12В. На выходе было установлено напряжение 5В при нагрузке сопротивлением 2.5 Ома (ток 2А). Через 30 минут микросхема DA2, дроссель L1 и диод VD1 нагрелись до 71, 64 и 48 градусов Цельсия соответственно.

    Работа в режиме стабилизации тока в нагрузке (СС) сопровождалась переходом микросхемы DA2 в режим формирования пачек импульсов. Частота следования и длительность пачек изменялись в широких пределах в зависимости от величины тока. Эффект стабилизации тока при этом имел место, но пульсации на выходе модуля существенно возрастали. Кроме того работа устройства в режиме СС сопровождалась довольно громким писком, источником которого являлся дроссель L1.
    Работа сигнализатора снижения тока нареканий не вызвала. Модуль успешно выдерживал короткое замыкание в нагрузке.

    Таким образом модуль работоспособен как в режиме CV, так и в режиме СС, но при его использовании следует учитывать вышеописанные особенности.
    Данный обзор написан по результатам исследования одного экземпляра устройства, что делает полученные результаты чисто ориентировочными.
    По мнению автора описанный импульсный стабилизатор может быть с успехом использован, если требуется дешёвый, компактный источник питания с удовлетворительными характеристиками.

    Источник

    Понижающий преобразователь XL4015

    В сегодняшней статье хочу сделать небольшой обзор понижающего преобразователя на XL4015. Этот дешевый модуль на удивление очень мощный для своего маленького размера.

    Модуль на XL4015 имеет КПД до 96%, мощность в нагрузке 75ВТ, при максимальном токе 5А. Питается модуль от 6В до 38В, выходное напряжение от 1,25В до 36В. Надо помнить, что разница между входящим и исходящим напряжением не менее 2В. В микросхеме есть защита от перегрева кристалла, а так же защита от короткого замыкания.

    Выглядит модуль вот так
    Модуль на XL4015
    Размеры модуля 26*62*16ММ. Высота замерена по самой высокой детали, дросселю.
    Пора перейти к схеме модуля с регулировкой напряжения и тока XL4015
    Схема преобразователя XL4015
    Схема преобразователя XL4015

    Основой всей схемы является XL4015. Которая чем то напоминает lm2596, но имеет на борту полевой транзистор, а так же выходной ток до 5А
    Эта микросхема импульсный понижающий преобразователь. Управление микросхемой происходит через 2-ю ножку называемая FeedBack. Ножка FB это вход компаратора ошибки с фиксированным напряжением 1,25В.

    Ограничение напряжения устанавливается переменным резистором CV 10к в составе резисторного делителя R3иCV
    Ограничение выходного тока построено на датчике тока которым выступает шунт на 0,05Ом. Падение напряжения на нем сравнивается с напряжением на компараторе, установленным переменным резистором СС 1к. Индикация работы в режиме стабилизатора тока осуществляется красным светодиодом
    Модуль на XL4015. Стабилизация тока
    На втором ОУ собран индикатор нагрузки. Если нагрузка меньше 9% от максимального тока, светится зеленый светодиод, если нагрузка больше- синий светодиод
    Модуль на XL4015. Нагрузка меньше 9%
    Модуль на XL4015. Нагрузка больше 9%

    Смысл от от этого индикатора в блоке питания считаю бесполезным, а вот сигнализатор токов удобно использовать как индикатор заряда аккумулятора.

    Модуль на XL4015 после перегрева

    Испытания XL4015
    Пришло испытать модуль
    На вход подаю напряжение 23В от конденсаторного фильтра лабораторного блока питания, нагрузка на модуле лампа 12В с мото фары ближний свет
    Напряжение под нагрузкой просело до 18,6В при токе 4А, напряжение на выходе 12,3В ток 4А. Если мои расчеты верны то КПД этой схемы 65%.
    Под такой нагрузкой за первые 5 минут схема хорошенько нагрелась, проработала еще пол часа и испустила дух.

    Микросхема XL4015

    Тот самый белым дым, на котором работают все микросхемы и транзисторы, микросхема выпустила. После замены микросхемы и диода все нормально заработало, но я больше ее та не нагружал. Скорее всего первым умер диод и увел за собой микросхему
    Плата после замены, диод временно заменил на двойной диод с блока питания ПК
    Микросхема выглядит вот так

    Вывод напрашивается такой, модуль преобразователя XL4015 великолепно подходит для многих задач и несомненно найдет место в мастерской, но с отводом тепла надо что-то делать
    Рекомендую посмотреть статью про универсальное зарядное плюс блок питания на Xl4015

    Покупка модуля XL4015
    Пару слов о том, где прикупить такой модуль. Естественно, лучшая цена за товар будет именно при заказе с Китая. Проблематично ждать месяц, но если уж экономить,то лучше при прямой покупке
    Приобрести модули можно по этой ссылке цена за один 92 рубля, доставка бесплатна

    Источник