DC-DC преобразователь XL4015 5А 75Вт понижающий с регулировкой тока

Технические характеристики

• Модель: HW-083 / аналог
• Вид преобразователя: импульсный, понижающий, неизолированный, асинхронный
• Рабочее напряжение
  • на входе: 4В ~ 32В DC
  • на выходе: 1.5В ~ 32В DC
• Блокируемое напряжение: менее 3.3В DC
• Нагрузочный ток
  • продолжительный: до 4А
  • кратковременный: до 5А
• Мощность выхода, макс.: 75 Вт (требуется охлаждение)
• Чип преобразователя: XL4015 XLSEMI
• Коэффициент эффективности (КПД), макс.: 96%
• Частота преобразования ШИМ
  • в рабочем режиме: 180 ± 20% кГц
  • в состоянии короткого замыкания: 48 кГц
• Регулировка эл.параметров: выходное напряжение, выходной ток
• Способ настройки: вращение подстроечного винта многооборотного потенциометра
• Количество оборотов потенциометра: 25 ± 3
• Индикация: перегрузка по току, переключение режимов CC/CV
• Дополнительные функции: внутреннее ограничение тока нагрузки, поддержка метода заряда аккумуляторных батарей CC/CV
• Защита от: короткого замыкания на выходе, внутреннего перегрева
• Контактная группа: площадки под пайку с монтажными отверстия: 4 х Ø3.5 мм, винтовые клеммы-терминалы
• Рабочая температура: 0℃ ~ +75℃
• Размеры: 51.2 х 26.0 х 12.8 мм
• Вес: 20 гр

Преобразователь XL4015 – это лёгкий в использовании, универсальный модуль питания, с возможностью понижения и плавной регулировки выходного напряжения до требуемого уровня. Модель HW-083 располагает дополнительными функциями регулировки величины силы нагрузочного тока и мониторингом процесса заряда аккумуляторных батарей. Предусмотрено внешнее управление рабочим состоянием XL4015, с входящим низкоуровневым сигналом отключения.

Преобразователь HW-083 позволяет подключать самые разные низковольтные электронные схемы, функционирующие от постоянного напряжения +1.5В ~ +32В, к стационарным источникам питания, сетевым адаптерам AC-DC, или автономным батареям с напряжением в диапазоне +5В ~ +32В. Предельная величина нагрузочного тока у преобразователя XL4015 достигает внушительных 5А, продолжительная - до 4А. Модуль HW-083 очень часто находит применение в компактных электронных изделиях, так как обладает понятными элементами настройки/управления, простой схемой подключения, и малыми размерами.

Конструктивные особенности понижающего DC-DC модуля HW-083

В основе DC-DC преобразователя использована типовая схема сборки, опубликованная на страницах технической спецификации к чипу XL4015. Опорный вольтаж у микросхемы регулятора составляет 1.25В, которым ограничивается нижний порог доступного на выходе регулируемого напряжения. Однако из-за особенностей элементной базы модуля, операции с регулировкой тока при выходном напряжении ниже 1.5В затруднительны или невозможны. Внутренняя схема преобразователя XL4015 имеет очень незначительный процент падения напряжения, гораздо менее ощутимый, нежели у популярного аналога LM2596.

Интегрированный в XL4015 мощный МОП-транзистор, переключающий импульсы с фиксированной частотой 180 кГц, в рабочем состоянии с токовыми нагрузками более 2.5А выделяет много тепла. Корпус микросхемы не способен самостоятельно отводить возникающий нагрев без дополнительного охладжения. Для увеличения производительности платы, и повышения эффективности охлаждения чипа XL4015, установка теплоотводящего радиатора на поверхность регулятора, а также активный обдув остальных компонентов схемы становится обязательным. Если преобразователь эксплуатируется в продолжительных нагрузках с высокой мощностью, рекомендуется использование медного радиатора с максимальной площадью рассеивания тепла.

Подключение HW-083, регулировка выходного напряжения

Контакты источника входного напряжения и тока припаиваются к специальным площадкам HW-083, или зажимаются в винтовой клемме входной группы IN+/IN-. Цепь нагрузки присоединяется с противоположной стороны OUT+/OUT-. Пристальное внимание к соблюдению полярности крайне важно, защита от переполюсовки в контурах преобразователя отсутствуют.

В цепи обратной связи HW-083 установлены переменные резисторы "CV" и "CC", определяющие уровни напряжения и тока на выходе. Оба чувствительных потенциометра имеют винтовые механизмы вращения с многооборотной настройкой. Поворотами вокруг оси по часовой стрелке, регулируемое значение потенциометра увеличивается, в обратном направлении - уменьшается. Весь диапазон доступной регулировки выходного вольтажа, от минимального значения до максимального, требует около 25 ± 3 полных оборота винта подстроечника на 360 градусов. Установка значения выходного напряжения осуществляется без подключения нагрузочной цепи, замерами выводов группы OUT с использованием произвольного вольтметра до 35В или выше.

Стабилизация напряжения

Любое входное напряжение, не превышающее рамки технических характеристик, преобразователь HW-083 понижает до установленного потенциометром "CV" значения, выравнивает его и удерживает на постоянном уровне (стабилизирует). Максимальный уровень напряжения на выходе понижающего преобразователя никогда не превышает значение входного напряжения. Конструкция любого понижающего преобразователя не позволяет получать напряжение свыше входного вольтажа. В иных случаях, когда входное напряжение становиться меньше фиксированного значения, отрегулитованного подстроечником "CV", происходит пропорциональное снижение выходного напряжения.

Регулировка тока на выходе, настройка индикаторов

Схема HW-083 содержит слаботочный стабилизатор 78L05, стоящий в связке со сдвоенным компаратором LM358. Модуль преобразователя HW-083 не может влиять на величину вырабатываемого тока, однако способен его ограничивать. Эта задача возложена на один из сравнивающих блоков LM358, выполняющих оценку измеряемого тока на интегрированном шунтирующем резисторе с обратной стороны платы. При достижении заданной величины ограничения тока, силовая часть микросхемы XL4015 блокируется, снижается напряжение и ток на выходе, включается индикатор перегрузки.

Заряд батареи с помощью HW-083

Второй блок компаратора применяется для определения величины нагрузочного тока, когда преобразователь выполняет функцию зарядного устройства для аккумуляторной батареи. Получаемые с шунтирующего резистора показатели тока сравниваются с параметрами ограничения тока, и делятся в соотношении 9% к 91%. Результатом деления определяется управление переключением встроенных индикаторов "Идёт заряд батареи" и "Заряд батареи окончен" (метод заряда постоянным током CC / постоянным напряжением CV). Например, когда нагрузочный ток ограничен 2 амперами, точкой переключения индикаторов CC/CV будет 200 миллиампер.

Для восполнения заряда многоеэелементных аккумуляторных сборок, настоятельно рекомендуется подключать только такие модели, которые укомплектованы индивидуальными контроллерами и/или балансировочными схемами распределения энергии. Номинальное напряжение и ток заряда для каждого вида батареи устанавливается согласно рекомендаци их производителя.

Эффективность преобразования

Коэффициент полезного действия XL4015 может достигать 96%. Характеристика КПД не постоянна, её величина напрямую зависит от параметров эксплуатации преобразователя, выражается в процентном отношении, и рассчитывается делением вырабатываемой (выходной) мощности на потребляемую (входную) мощность: (U*I) P_входа = P_выхода * КПД. В тоже время, типовая формула ограничена допустимыми эксплуатационными характеристиками преобразователя HW-083, имеющего точное обозначение норм потребления и выработки напряжения и тока, с учётом пределов выходной мощности. Наилучший показатель КПД достигается минимальной разницей напряжений между входом и выходом, с наименьшим нагрузочным током. Изменение любого из настраиваемых параметров настоящего импульсного регулятора повлияет на эффективность. "Потерянный" процент КПД расходуется в процессе преобразования.

Принципиальная схема преобразователя HW-083 XL4015E1

Техническая документация

1. Спецификация XL4015 XLSEMI v1.5 datasheet (англ., PDF)