DC-DC преобразователь XL4015E 5А 75Вт понижающий с регулятором тока

• Рабочее напряжение
  • на входе: 4В ~ 32В DC
  • на выходе: 1.5В ~ 32В DC
• Блокируемое напряжение: менее 3.3В DC
• Пропускной ток
  • продолжительный: до 4А
  • кратковременный: до 5А
• Мощность выхода, макс.: 75 Вт (требуется охлаждение)
• Чип преобразователя: XL4015E1 XLSEMI
• Коэффициент эффективности (КПД), макс.: 96%
• Частота преобразования ШИМ
  • рабочая: 180 ± 20% кГц
  • короткое замыкание: 48 кГц
• Управление: регулировка выходного напряжения и тока
• Способ настройки: вращение подстроечного винта многооборотного потенциометра
• Количество оборотов потенциометра: 25 ± 3
• Индикация: перегрузка (стабилизация тока), уровень проходимого тока
• Дополнительно: поддержка функции заряда аккумуляторных батарей
• Защита от: короткого замыкания, перегрева
• Контактная группа: площадки под пайку с монтажными отверстиями 4 х Ø3.0 мм, винтовые клеммы-терминалы
• Рабочая температура: 0℃ ~ +75℃
• Размеры: 61.5 х 26.2 х 16.5 мм
• Вес: 30 гр

Импульсные понижающие преобразователи на чипе XL4015 позиционируются в сегменте компактных бюджетных решений, и рекомендованы как надёжные схемы стабилизации напряжения, предназначенные для самого широкого спектра применения, с соблюдением условий их правильной эксплуатации. DC-DC регуляторы широкого диапазона входного напряжения 4-36В оснащёны простыми фукциями регулирования тока и напряжения, сочетают в себе открытое исполнение с односторонним монтажом компонентов платы, и малые физические размеры, предполагающие свободное размещение в различных корпусах. Всевозможные вариации модулей с XL4015 находят применение в задачах питания портативной и стационарной микроэлектроники, малопотребляемой домашней или промышленной автоматики, различного музыкального или компьютеризированного оборудования, автомобильной электротехники, индивидально разрабатываемых электронных устройств. Модули XL4015 наилучшим образом подходят для целей интеграции универсальных схем питания в изделия с наиболее часто встречающимися характеристиками напряжения 3.3В, 5В, 9В, 12В, 24В, и нагрузочным током 0-5А. А также совместимы со всеми слаботочными устройствами, требующими для своей работы произвольный уровень напряжения, укладывающийся в диапазоне производимых 1.25 ~ 32В. Регуляторы XL4015 успешно справляются со светодиодным освещением в роли LED-драйвера. А наличие встроенных индикаторов величины проводимого тока делает их крайне полезными в системах заряда множества видов аккуммуляторных батарей.

Конструктивные особенности

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 напряжения. Однако из-за особенностей элементной базы модуля, операции с регулировкой тока выходного напряжения ниже 1.5В затруднительны или невозможны. Внутренняя схема преобразователя XL4015 имеет очень небольшой процент падения напряжения, гораздо менее ощутимый, нежели у популярной LM2596.

Интегрированный в XL4015 мощный переключающий МОП-транзистор с фиксированной частотой 180 кГц выделяет много тепла и ощутимо горячо разогревает корпус микросхемы в нагрузках с током более 2.5А. Для эффективного охлаждения XL4015 требуется обязательное приклеивание теплоотводящего радиатора. Если преобразователь эксплуатируется в продолжительных нагрузках с высокой мощностью, рекомендуется использование медного радиатора с большей площадью рассеивания тепла в среде с улучшенным охлаждением.

Способы подключения, регулировка выходного напряжения

Контакты источника входного напряжения и тока припаиваются к специальным площадкам модуля, или зажимаются в винтовой клемме входной группы IN+/IN-. Цепь нагрузки присоединяется с противоположной стороны OUT+/OUT-. Максимальное вниманием к соблюдению полярности крайне важно, защита от переполюсовки в преобразователе отсутствует.

В контуре обратной связи регулятора XL4015 установлены переменные резисторы "CV" и "CV", определяющие уровни напряжения и тока на выходе. Оба потенциометра имеют вращаемые винтовые головки многооборотной настройки. Поворотами вокруг оси по часовой стрелке регулируемое значение потенциометров увеличивается, в обратном направлении - плавно уменьшается. Область доступных потенциометром изменений, от минимальных значений до максимальных, требует около 25 ± 3 полных оборотов на 360 градусов. Регулировка выходного напряжения осуществляется показаниями замеров произвольного вольтметра перед подключением нагрузочной цепи.

Регулировка тока на выходе, настройка индикаторов

Схема регулятора XL4015 расширена отдельным стабилизатором 78L05, стоящим в связке со сдвоенным компаратором LM358. Модуль преобразователя не может влиять на величину проходимого 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. В момент достижения заданной ограничивающей величины тока с небольшим превышением, в модуле включается индикатор перегрузки LED-R. Микросхема XL4015 блокируется, напряжение на выходе автоматические падает в ноль.

Заряд батареи с помощью преобразователя DC-DC XL4015

Второй блок компаратора применяется для определения величины проходимого тока, когда преобразователь выступает в роли зарядного устройства для аккумуляторной батареи. Получаемые с шунтирующего резистора показатели тока сравниваются с параметрами ограничения тока, и делятся в соотношении 9% к 91%. Результатами определяется управление встроенными индикаторами "Идёт заряд батареи (LED-B)" и "Заряд батареи окончен (LED-G)". Метод известен как CC/CV - "Заряд постоянным током / постоянным напряжением". Например, если нагрузочный ток ограничен 2-мя амперами, точкой переключения индикаторов LED-B и LED-G станет 200 мА.

Настоятельно рекомендуется заряжать аккумуляторы или аккумуляторные сборки только через встроенные или внешние схемы контролирования напряжения, с использованием балансировочных схем. Номинальное напряжение и ток для каждого вида заряжаемоей батареи устанавливается согласно рекомендациям производителя перезаряжаемого элемента питания.

Эффективность преобразования

Коэффициент полезного действия XL4015 может достигать 96%. КПД напрямую связан с параметрами эксплуатации преобразователя, и рассчитывается делением выходной мощности на входную. Практически любой преобразователь потребляет больше электроэнергии на стороне источника входного напряжения, в отличии от выдаваемой на выходе. Наилучший показатель КПД достигается минимальной разницей напряжений между входом и выходом, с наименьшим нагрузочным током. Увеличение любого из этих двух параметров, в большей или меньшей степени приводит к снижению КПД.

Стабилизация напряжения

Понижающий преобразователь XL4015E1 может удерживать постоянным уровень напряжение на выходе до тех пор, пока входное напряжение превышает заданный потенциометром "CV" порог. Снижение входного напряжения ниже установленной отметки обязательно приведёт к аналогичному снижению нагрузочного напряжения.

Принципиальная схема преобразователя XL4015E1 с регулировкой тока

Схема публикуется на условии как есть, включая возможные ошибки/неточности.

Техническая документация

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