Buck boost regulator ved hjælp af XL6009 med justerbar 3,3V til 12V udgangsspænding

Buck-Boost regulator er lavet ved hjælp af to forskellige topologier, som navnet antyder, den består af både buck og boost topologi. Vi ved allerede, at Buck Regulator Topology giver en lavere størrelse af udgangsspænding end indgangsspændingen, mens en Boost Regulator Topology giver en højere størrelse af udgangsspænding end den medfølgende indgangsspænding. Vi har allerede bygget en 12V til 5V Buck Converter og en 3.7V til 5V Boost converter Circuit ved hjælp af den populære MC34063. Men til tider har vi muligvis brug for et kredsløb, der både kan fungere som en sorteper og en boost-regulator.

Sig f.eks. Hvis din enhed får strøm med et lithiumbatteri, vil indgangsspændingsområdet være mellem 3,6V og 4,2V. Hvis denne enhed har brug for to driftsspændinger 3.3V og 5V. Derefter skal du designe en buck-boost regulator, der regulerer spændingen fra dette lithiumbatteri til 3,3V og 5V. Så i denne vejledning lærer vi, hvordan man bygger en simpel buck-boost regulator og tester den på et brødbræt for at lette bygningen. Denne regulator er designet til at arbejde med et 9V batteri og kan levere en bred udgangsspænding fra 3,3V til 12V med en maksimal udgangsstrøm på 4A.

Komponenter, der kræves

Xl6009
10k forudindstillet
33uH induktor - 2stk
1n4007 - 2stk
SR160 - 1pc (til maks. 800mA output)
10uH induktor
100uF kondensator
1000uF kondensator -2stk
1uF keramisk eller polyesterfilmkondensator
9V strømkilde (batteri eller adapter)
Brødbræt
Ledninger til brødbræt.

XL6009 Buck-Boost Regulator IC

Der er mange måder at opbygge et buck-boost-kredsløb af hensyn til denne tutorial bruger vi den berømte XL6009 DC / DC Converter IC. Vi har valgt denne IC på grund af dens lette tilgængelighed og nybegyndervenlige karakter. Du kan også tjekke artiklen om, hvordan du vælger switch regulator IC for at hjælpe dig med andet regulatorvalg til dine switch designs.

Hovedkomponenten er koblingsregulatoren XL6009. Den pinout af XL6009 og specifikationerne er vist i nedenstående billede.

Metalfliken er internt forbundet med omskifterstiften på XL6009 driver ic. Stiftbeskrivelsen er også angivet i ovenstående tabel. De vigtige tekniske specifikationer for XL6009 IC er angivet nedenfor

Funktioner

Bredt 5V til 32V indgangsspændingsområde
Programmering med positiv eller negativ udgangsspænding med en enkelt feedback-pin
Nuværende tilstandskontrol giver fremragende transient respons
1.25V Referencejusterbar version
Fast 400KHz skiftefrekvens
Maksimum 4A skiftestrøm
SW PIN Indbygget overspændingsbeskyttelse
Fremragende linje- og belastningsregulering
EN PIN TTL nedlukningsfunktion
Intern Optimer Power MOSFET
Høj effektivitet på op til 94%
Indbygget frekvenskompensation
Indbygget soft-start funktion
Indbygget termisk nedlukningsfunktion
Indbygget strømbegrænsningsfunktion
Fås i TO263-5L pakke

Ovenstående specifikationsdiagram viser, at den minimale indgangsspænding for denne driver IC er 5V og den maksimale er 32 Volt. Da skiftefrekvensen er 400 kHz, åbnes det også for muligheder for at bruge mindre induktorer til skiftrelaterede formål. Driver IC understøtter også maksimalt 4A udgangsstrøm, hvilket er fantastisk at dække over mange højt nominelle strømrelaterede applikationer.

Buck-Boost Converter Circuit ved hjælp af XL6009

Det komplette kredsdiagram for buck-boost- konverter er vist på billedet nedenfor.

For enhver omskifteregulator er induktoren og kondensatoren hovedkomponenterne. Induktoren og kondensatoren i kredsløbet er meget vigtig for at give den krævede effekt til belastningen under til- og frakoblingstilstand. I dette tilfælde anvendes to induktorer (l1 og L4), der understøtter buck og boost-funktionen individuelt i dette skifte kredsløb. 33uH-induktoren, der er L1, er den induktor, der er ansvarlig for Buck-driftstilstanden, mens induktoren L2 bruges til Boost-mode-induktoren. Her har jeg viklet min egen induktor ved hjælp af en ferritkerne og emaljeret kobbertråd. Hvis du er ny med at lave din egen induktor, kan du tjekke denne artikel om det grundlæggende om induktor og induktorspoledesign for at komme i gang. Når du har bygget din induktor,du kan kontrollere dens værdi ved hjælp af et LCD-meter, eller hvis du ikke har et LCR-meter, kan du bruge dit oscilloskop til at finde induktorværdi ved hjælp af resonansfrekvensmetoden.

Indgangskondensatorerne, C1 og C2 bruges til at filtrere transienter og krusninger fra det eksterne batteri eller strømkilden. Kondensatoren C3, 1uF, 100V bruges til at isolere disse to induktorer. Der er en Schottky-diode SR160, som er en ampere, 60V diode, der bruges til at konvertere omskiftningsfrekvenscyklussen til en DC, og kondensatoren 1000uF, 35V er filterkondensatoren, der bruges til at filtrere output fra dioden.

Da feedback-tærskelspændingen er 1,25V, kan spændingsdeleren indstilles i henhold til denne feedback-spænding til konfiguration af den faktiske udgang. Til vores kredsløb har vi brugt en potte (R1) og en modstand (R2) til at give feedback-spændingen.

R1 er en variabel modstand, der bruges til at indstille udgangsspændingen. R1 og R2 danner en spændingsdeler, der giver feedback til føreren IC XL6009. 10uH induktor L4 og 100uF kondensator C3 bruges som et LC-filter.

Buck-Boost Converter konstruktion og arbejde

Bortset fra induktoren skal alle komponenter være let tilgængelige. XL6009 IC er ikke breadboard-venlig. Derfor har jeg brugt det stiplede kort til at forbinde stifterne på XL6009 til mandlige hovedstifter som vist nedenfor.

Byg spolen som beskrevet tidligere, og opret dit kredsløb. Jeg har brugt et brødbræt til at gøre tingene lette, men en perf-plade anbefales. Når jeg var færdig, så mit kredsløb på brødbræt sådan ud.

Når indgangsspændingen er højere end den indstillede udgangsspænding, bliver induktoren opladet og modstår enhver ændring i den aktuelle sti. Når kontakten slukker, forsyner induktoren den opladede strøm via C3 kondensatoren og til sidst udbedres og udglattes af henholdsvis Schottky-dioden og kondensatoren C4. Føreren kontrollerer udgangsspændingen ved hjælp af spændingsdeleren og springer over skiftecyklussen for at synkronisere udspændingen i henhold til feedback-kredsløbets output.

Det samme sker under boosttilstand, når indgangsspændingen er mindre end udgangsspændingen, og induktoren L2 bliver opladet og giver belastningsstrømmen under slukningstilstand.

Test af XL6009 Buck-Boost Converter Circuit

Kredsløbet testes i et brødbræt. Bemærk, at vi kun har bygget kredsløbet på breadboard til testformål, og du skal ikke indlæse dit circuit i mere end 1,5A, når du er på breadboardet. Til applikationer med højere strøm anbefales lodning af dit kredsløb på perf-kort.

For at drive kredsløbet kan du bruge et 9V batteri, men jeg har brugt min bænkstrømforsyning, der er indstillet til 9V.

Udgangsspændingen kan indstilles fra 3,3 V til 12 V ved hjælp af potentiometeret. Teknisk set kan kredsløbet konstrueres til en høj udgangsstrøm så meget som 4A. Men på grund af begrænsningen af udgangsdioden testes kredsløbet ikke i fuld belastning. Udgangsbelastningen er indstillet til en anstændig værdi på cirka 700-800 mA strøm. Du kan ændre udgangsdioden for at øge udgangsstrømmen, hvis det kræves.

For at teste vores strømforsyningskredsløb har vi brugt et multimeter til at overvåge udgangsspændingen, og for belastningen har vi brugt DC-elektronisk belastning, der ligner det, vi bygger tidligere. Hvis du ikke har en elektronisk belastning, kan du bruge en hvilken som helst belastning efter eget valg og overvåge strømmen ved hjælp af et multimeter. Den komplette testvideo er vist nederst på denne side.

Det bemærkes også, at udgangsspændingen svinger lidt i en +/- 5% margin. Dette skyldes den høje DCR-værdi af induktorer og utilgængeligheden af kølelegemet i XL6009. Tilstrækkelig kølelegeme og korrekte komponenter kan være nyttige til stabil output. Samlet set fungerer kredsløbet ret operationelt, og ydelsen er tilfredsstillende. Hvis du har spørgsmål, skal du lade dem være i kommentarsektionen, du kan også bruge vores fora til andre tekniske spørgsmål.