Buck boost-regelaar met XL6009 met instelbare uitgangsspanning van 3,3 V tot 12 V

Buck-Boost-regulator is gemaakt met behulp van twee verschillende topologieën, zoals de naam al doet vermoeden, hij bestaat uit zowel buck- als boost-topologie. We weten al dat de Buck Regulator Topology een lagere uitgangsspanning levert dan de ingangsspanning, terwijl een Boost Regulator Topology een hogere uitgangsspanning levert dan de geleverde ingangsspanning. We hebben al een 12V naar 5V Buck Converter en een 3.7V naar 5V Boost converter Circuit gebouwd met behulp van de populaire MC34063. Maar soms hebben we misschien een circuit nodig dat zowel als een bok als een boost-regulator kan werken.

Stel dat uw apparaat bijvoorbeeld wordt gevoed met een lithiumbatterij, dan ligt het bereik van de ingangsspanning tussen 3,6 V en 4,2 V. Als dit apparaat twee bedrijfsspanning nodig heeft, 3.3V en 5V. Dan moet je een buck-boost-regelaar ontwerpen die de spanning van deze lithiumbatterij regelt naar 3.3V en 5V. Dus in deze tutorial zullen we leren hoe we een eenvoudige buck-boost-regelaar kunnen bouwen en deze op een breadboard kunnen testen voor het gemak van bouwen. Deze regelaar is ontworpen om te werken met een 9V-batterij en kan een brede uitgangsspanning leveren, variërend van 3.3V tot 12V met een maximale uitgangsstroom van 4A.

Componenten vereist

1. XL6009
2. 10k voorinstelling
3. 33uH inductor - 2st
4. 1n4007 - 2 stuks
5. SR160 - 1 st (voor max. 800mA output)
6. 10uH spoel
7. 100uF Condensator
8. 1000uF condensator -2st
9. 1uF keramische of polyester filmcondensator
10. 9V stroombron (batterij of adapter)
11. Breadboard
12. Draden voor breadboard.

XL6009 Buck-Boost-regelaar IC

Er zijn veel manieren om een ​​buck-boost-circuit te bouwen, in het belang van deze tutorial zullen we de beroemde XL6009 DC / DC Converter IC gebruiken. We hebben voor deze IC gekozen vanwege de gemakkelijke beschikbaarheid en het beginnersvriendelijke karakter. U kunt ook het artikel lezen over het selecteren van schakelregelaar-IC om u te helpen bij het selecteren van andere regelaars voor uw schakelontwerpen.

Het belangrijkste onderdeel is de schakelregelaar XL6009. De pinout van XL6009 en de specificaties worden weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Het metalen lipje is intern verbonden met de schakelpin van de XL6009 driver ic. De pinbeschrijving staat ook in de bovenstaande tabel. De belangrijke technische specificaties van XL6009 IC worden hieronder weergegeven

Kenmerken

• Breed 5V tot 32V ingangsspanningsbereik
• Positieve of negatieve uitgangsspanning programmeren met een enkele feedbackpin
• Huidige modusregeling biedt uitstekende tijdelijke respons
• 1.25V referentie verstelbare versie
• Vaste schakelfrequentie van 400 kHz
• Maximale 4A schakelstroom
• SW PIN Ingebouwde overspanningsbeveiliging
• Uitstekende lijn- en belastingsregeling
• NL PIN TTL-uitschakelmogelijkheid
• Interne Optimize Power MOSFET
• Hoog rendement tot 94%
• Ingebouwde frequentiecompensatie
• Ingebouwde softstartfunctie
• Ingebouwde thermische uitschakelfunctie
• Ingebouwde stroomlimietfunctie
• Verkrijgbaar in TO263-5L-verpakking

De bovenstaande specificatietabel laat zien dat de minimale ingangsspanning van dit driver-IC 5V is en de maximale 32 Volt. Omdat de schakelfrequentie 400 kHz is, biedt dit ook mogelijkheden om kleinere inductoren te gebruiken voor schakelgerelateerde doeleinden. De driver-IC ondersteunt ook een maximale uitgangsstroom van 4A, wat geweldig is om veel toepassingen met hoge nominale stroom te dekken.

Buck-Boost convertercircuit met XL6009

Het volledige schakelschema van de buck-boost- omzetter wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Voor elke schakelregelaar zijn de inductor en de condensator de belangrijkste componenten. De positie van de inductor en de condensator in het circuit is zeer essentieel om de belasting van het vereiste vermogen te voorzien tijdens het in- en uitschakelen. In dit geval worden twee inductors (l1 en L4) gebruikt die de buck en boost-functie afzonderlijk in dit schakelcircuit ondersteunen. De 33uH-inductor die L1 is, is de inductor die verantwoordelijk is voor de Buck-modus, terwijl de Inductor L2 wordt gebruikt voor de Boost-modus-inductor. Hier heb ik mijn eigen inductor gewikkeld met een ferrietkern en geëmailleerd koperdraad. Als u nieuw bent in het maken van uw eigen inductor, kunt u dit artikel over de basisprincipes van het ontwerp van de inductor en inductor-spoel raadplegen om aan de slag te gaan. Als je eenmaal je inductor hebt gebouwd,u kunt de waarde ervan controleren met een LCD-meter of als u geen LCR-meter heeft, kunt u uw oscilloscoop gebruiken om de inductorwaarde te vinden met behulp van de resonantiefrequentiemethode.

De ingangscondensatoren, C1 en C2, worden gebruikt om transiënten en rimpelvorming van de externe batterij of de stroombron te filteren. De condensator C3, 1uF, 100V wordt gebruikt voor het isoleren van deze twee inductoren. Er is een Schottky-diode SR160, een diode van één ampère en 60V die wordt gebruikt voor het omzetten van de schakelfrequentiecyclus naar een gelijkstroom en de condensator van 1000uF, 35V is de filtercondensator die wordt gebruikt voor het filteren van de output van de diode.

Aangezien de feedbackdrempelspanning 1,25 V is, kan de spanningsdeler worden ingesteld op basis van deze feedbackspanning voor het configureren van de werkelijke output. Voor ons circuit hebben we een pot (R1) en een weerstand (R2) gebruikt om de feedbackspanning te leveren.

R1 is een variabele weerstand die wordt gebruikt voor het instellen van de uitgangsspanning. De R1 en R2 vormen een spanningsdeler die terugkoppeling geeft naar de driver IC XL6009. 10uH spoel L4 en 100uF condensator C3 worden gebruikt als een LC-filter.

Buck-Boost Converter constructie en werking

Behalve de inductor moeten alle componenten gemakkelijk beschikbaar zijn. De XL6009 IC is niet breadboard-vriendelijk. Daarom heb ik het gestippelde bord gebruikt om de pinnen van XL6009 aan te sluiten op mannelijke header-pinnen, zoals hieronder wordt weergegeven.

Bouw de inductor zoals eerder besproken en creëer je circuit. Ik heb een breadboard gebruikt om het gemakkelijk te maken, maar een perfboard wordt aanbevolen. Eenmaal voltooid zag mijn circuit op breadboard er zo uit.

Wanneer de ingangsspanning hoger is dan de ingestelde uitgangsspanning, wordt de inductor opgeladen en is hij bestand tegen veranderingen in het stroompad. Wanneer de schakelaar uitstaat, levert de inductor de opgeladen stroom via de C3-condensator en uiteindelijk gelijkgericht en afgevlakt door respectievelijk de Schottky-diode en condensator C4. De driver controleert de uitgangsspanning door de spanningsdeler en slaat de schakelcyclus over om de uitgangsspanning te synchroniseren volgens de feedbackcircuituitgang.

Hetzelfde gebeurt tijdens de boost-modus wanneer de ingangsspanning lager is dan de uitgangsspanning en de inductor L2 wordt opgeladen en de belastingsstroom levert tijdens de uitschakeltoestand.

Testen van XL6009 Buck-Boost Converter Circuit

Het circuit is getest in een breadboard. Houd er rekening mee dat we het circuit alleen op een breadboard hebben gebouwd voor testdoeleinden en het is niet de bedoeling dat u uw circuit voor meer dan 1.5A laadt wanneer u zich op het breadboard bevindt. Voor toepassingen met een hogere stroomsterkte wordt het solderen van uw schakeling op een printplaat sterk aanbevolen.

Om het circuit van stroom te voorzien, kun je een 9V-batterij gebruiken, maar ik heb mijn bankvoeding gebruikt die is ingesteld op 9V.

De uitgangsspanning kan met behulp van de potentiometer worden ingesteld van 3,3V tot 12V. Technisch gezien kan het circuit worden ontworpen voor een hoge uitgangsstroom van wel 4A. Maar vanwege de beperking van de uitgangsdiode, wordt het circuit niet getest bij volledige belasting. De uitgangsbelasting is ingesteld op een behoorlijke waarde van ongeveer 700-800 mA stroom. U kunt de uitgangsdiode wijzigen om de uitgangsstroom indien nodig te verhogen.

Om ons voedingscircuit te testen, hebben we een multimeter gebruikt om de uitgangsspanning te bewaken en voor de belasting hebben we de elektronische DC-belasting gebruikt die lijkt op wat we eerder hebben gebouwd. Als u geen elektronische belasting heeft, kunt u elke gewenste belasting gebruiken en de stroom bewaken met een multimeter. De volledige testvideo vindt u onderaan deze pagina.

Het valt ook op dat de uitgangsspanning een beetje fluctueert in een marge van +/- 5%. Dit komt door de hoge DCR-waarde van inductoren en het niet beschikbaar zijn van het koellichaam in de XL6009. Voldoende koellichaam en de juiste componenten kunnen nuttig zijn voor een stabiele output. Over het algemeen werkt het circuit behoorlijk operationeel en zijn de prestaties bevredigend. Als je vragen hebt, laat ze dan achter in het commentaargedeelte, je kunt ook onze forums gebruiken voor andere technische vragen.