DC-DC преобразователь XL6009 c вольтметром

Технические характеристики

• Вид преобразователя: неизолированный, импульсный, асинхронный, повышающий
• Рабочее напряжение
  • входное: 4.5 ~ 32 В DC, рекомендуемое 5.5 ~ 32В
  • выходное: 4.5 ~ 40 В DC
• Ток потребления
  • без нагрузки: 10 ~ 90 мА
  • рабочий, макс: 3А
• Выходной ток
  • продолжительный: 1.5А
  • кратковременный: 2.0А (дополнительное охлаждение)
• Мощность, макс.: 25 Вт
• Чип регулятора: XL6009E1 XLSEMI
• Частота ШИМ-модуляции: 180 кГц
• Эффективность преобразования (КПД): макс. 96%
• Интегрирована функция внутреннего ограничения тока
• Регулировка выходного напряжения: вращением винта потенциометра
• Количество оборотов потенциометра: 25 ± 3
• Встроенный цифровой вольтметр с индикацией входного/выходного напряжения
  
  • Управление вольтметром: кнопочное
  • Шаг измерений: 0.1 В
  • Погрешность измерений: ±0.5 %
  • Экран: светодиодный, семисегментный 
  • Разрядность: 3-знаковая
  • Высота и цвет символов: 10 мм, красный
• Защита от: перенапряжения выхода, обратной полярности входа и выхода
• Контактная группа: винтовые клеммы-терминалы, площадки для припайки
• Крепёжные отверстия: 4 х Ø3 мм
• Размеры: 36*66*13 мм
• Вес: 22 гр

Применение преобразователей напряжения

Преобразователи напряжения существуют во множестве электронных устройств. Различные схемы с преобразованием электрических параметров напряжения и тока применяются для нормальной, полноценной работы электроприборов, подключаемых к привычным источникам питания, среди которых наиболее часто используются бытовые или промышленные сети постоянного или переменного напряжения, а также одноразовые батареи или многократно перезаряжаемые аккумуляторы любых типов и размеров.

Абсолютно все электроприборы состоят из определённого перечня соответствующих электрокомпонентов, которые в массе своей потребляют некоторое установленное количество электроэнергии, достаточное для выполнения возложенных на устройство задач. Простой электроприбор способен работать от источника с одними характеристиками напряжения и тока, в то время как технически сложному представителю мира электроники может потребоваться развитое многоконтурное питание, с разными уровнями напряжения, и различной величиной нагрузочного тока. И в первом, и во втором варианте, связующим звеном между унифицированным источником электроэнергии и потребителем со своей характеристикой напряжения, является преобразователь.

Преобразователи электроэнергии одинаково распространены под видом неотделимой от электроприбора схемы, или в лице индивидуального внешнего изделия в корпусном (сетевые адаптеры, нерегулируемые или регулируемые/лабораторные блоки питания, и др.), и бескорпусном исполнении, ориентированные на самостоятельное моделирование конечных устройств. Преобразователи электроэнергии нередко сопровождаются вспомогательным инструментарием: всевозможными индикаторами состояний, регуляторами, измерителями параметров напряжения и тока, и так далее. Модули пользуются популярностью в области конструирования или замещения цепей питания приборов, используются в автоматике, микроэлектронике, робототехнике, а также в других направлениях.

Повышающий DC-DC преобразователь XL6009E1

Настоящая плата собрана на монолитном асинхронном импульсном преобразователе XL6009 XLSEMI, спроектированном в топологии повышающего DC-DC стабилизатора, с всегда бóльшим выходным напряжением в диапазоне от 4.5 В до 40 В, чем приложенное на входе. Микросхема XL6009 объединяет силовой MOSFET-транзистор, контроллер управления ШИМ-модуляцией, а также частотный генератор, и управляющую логику. Модуль поддерживает широкий диапазон входного напряжения от 4.5В до 32В, однако оптимальным считается промежуток 5.5В - 32В, когда все узлы преобразователя, включая показания измерений вольтметра, функционируют стабильно. Ограничение силы тока у платы преобразователя с XL6009 не предусмотрено.

В условиях естественного охлаждения (t 25°C), DC-DC преобразователь XL6009 уверенно справляется с 1.5-амперными нагрузками на малом напряжении, и слабыми 1-амперными нагрузками со средним напряжением. Мощные нагрузки с током до 2А или напряжением cвыше 15 В возможны в режиме усиленного охлаждения всех компонентов платы, либо в сеансах кратковременного (импульсного) потребления преобразованной энергии. Для достижения наилучших значений производительности, рекомендовано дооснащение чипа XL6009E1 теплоотводящим радиатором.

Цифровой вольтметр

Плата укомплектована цифровым вольтметром, измеряющим и отображающим уровень напряжения на клеммах входа или выхода преобразователя. Управление вольтметром возложено на единственную тактовую кнопку S1. Измеренные в реальном времени, значения напряжения с точностью до 0.1 В выводятся красными 10-мм символами на небольшом 3-знаковом индикаторе. Свечение светодиодов In и Out, расположенных рядом с S1, указывает на выбранную вольтметром сторону измерения, входную или выходную. Переключение вольтметра от входа к выходу или обратно осуществляется однократным нажатием клавиши S1. У платы повышающего DC-DC преобразователя XL6009 существует режим энергосбережения, отключающий работу вольтметра. Энергосберегающий режим снижает потребление входного тока на 30-70 мА, запускается двухсекундным удержанием кнопки S1 в нажатом положении.

В программном обеспечении чипа STM8 вольтметра заложен алгоритм калибровки результатов измерения напряжения в пределах от -0.5В до +0.5В с шагом 0.1В. Активация режима калибровки реализована через удерживание кнопки S1 в нажатом положении на промежуток времени длительностью 5-7 секунд, с подтверждающим переходом к миганию "0.х"на индикаторе. Вольтметр корректируется нажатием кнопки S1, в зацикленном порядке уменьшающей или увеличивающей итоговое значение. Настройка калибровки автоматически сохраняется в памяти вольтметра и начинает действовать незамедлительно.

Подключение и настройка преобразователя с регулятором XL6009E1

Первичный источник электроэнергии подключается со стороны входа преобразователя. Его контакты зажимаются в винтовых клеммах или припаиваются к специальным площадкам VIN+ (плюс) и VIN-(минус). Со стороны выхода преобразователя присоединяется нагрузочная цепь (прибор), контакты которой распределяются аналогично. Плата преобразователя защищена от неправильной полярности с обеих сторон.

Ручная регулировка выходного напряжения реализована подстроечным потенциометром с винтовым механизмом. Требуемый уровень выходного напряжения устанавливается вращением винта по часовой или против часовой стрелке. Напряжение на выходе преобразователя, от наименьшего его значения 4.5В, до максимально наибольшего уровня 40В, настраивается за 25 ± 3 полных оборотов винта потенциометра вокруг своей оси.

Эффективность преобразования

Коэффициент полезного действия в схеме модуля преобразователя энергии XL6009 достигает высоких 96%. КПД рассчитывается отношением показателей выходной мощности к входной, и напрямую зависит от условий эксплуатации преобразователя. Импульсный преобразователь потребляет больше мощности от первичного источника электроэнергии, и вырабатывает меньше мощности для нагрузочной цепи. Наилучший показатель КПД регулятор XL6009 демонстрирует при 12В входного и 18.5В выходного напряжения с током 2А (см. спецификацию). Отклонение от этих параметров, в большей или меньшей степени приводит к снижению КПД. Более подробно в примерах о КПД преобразователя можно узнать из статьи.

Техническая документация

1. Спецификация микросхемы DC-DC повышающего преобразователя XLSEMI XL6009 (Datasheet, PDF, англ.)