Меню

Схема xl4015e1 с регулировкой напряжения



Блок питания на базе готового регулируемого DC-DC преобразователя

Простой блок питания 1,2 — 32V на базе DC-DC модуля (XL4015)

Модуль регулируемого DC-DC преобразователя на XL4015

Один из самых востребованных приборов в мастерской начинающего радиолюбителя – это регулируемый блок питания. О том, как самостоятельно собрать регулируемый блок питания на микросхеме MC34063 я уже рассказывал. Но и у него есть ограничения и недостатки. Во-первых, это мощность. Во-вторых, отсутствие индикации выходного напряжения.

Здесь я расскажу о том, как с минимумом временных затрат и усилий собрать регулируемый блок питания 1,2 – 32 вольт и максимальным выходным током до 4-ёх ампер.

Для этого нам понадобится два очень важных элемента:

Трансформатор, с выходным напряжением до

25. 26 вольт. О том, как его подобрать и где найти, я расскажу далее;

Готовый модуль регулируемого DC-DC преобразователя со встроенным вольтметром на базе микросхемы XL4015.

Наиболее распространены и дёшевы модули на базе микросхем XL4015 и LM2956. Самый дешёвый вариант – это модуль без цифрового вольтметра. Для себя я купил несколько вариантов таких DC-DC преобразователей, но более всех мне понравился модуль на базе микросхемы XL4015 со встроенным вольтметром. О нём и пойдёт речь.

Вот так он выглядит. Покупал его на Алиэкспресс, вот ссылка. Можно подобрать подходящий по цене и модификации через поиск.

Регулируемый DC-DC преобразователь

Обратная сторона платы и вид сбоку.

Внешний вид готового модуля DC-DC преобразователя

Основные характеристики модуля:

Диапазон входных напряжений: 4. 36V. Максимум 38. 40V. Реально работает от 4,5. 4,6 вольт. Если на входе 4 вольта, то индикация вольтметра засвечена не будет;

Диапазон выходных напряжений (регулируется): 1,25. 32V;

Максимальный выходной ток: 5А. На самом деле, это максимальный ток диода SS54, что на плате. Рекомендуют нагружать током не более 4,5А, а на микросхему XL4015 приклеить радиатор, который идёт в комплекте.

Охлаждающий радиатор на самоклейке

Диапазон измеряемого напряжения вольтметра: 0. 40V;

Точность показаний вольтметра: ±0,1V;

Защита от переполюсовки на входе;

Защита от короткого замыкания (КЗ) на выходе (Есть нарекания по работе защиты от короткого замыкания на выходе, поэтому специально устраивать КЗ не рекомендую);

Встроенная защита от температурного перегрева.

Не будем забывать, что производители любят завышать характеристики своих изделий. Судя по отзывам, наиболее оптимальный вариант использования данного DC-DC модуля — это работа при входном напряжении до 30 вольт и потребляемом токе до 2 ампер.

Управление DC-DC модулем.

На печатной плате DC-DC модуля установлены две кнопки управления и регулятор выходного напряжения — обычный многооборотный переменный резистор.

Элементы управления DC-DC модулем

Короткое нажатие кнопки 1 отключает/включает индикацию вольтметра. Своеобразный диммер. Удобно при запитке от АКБ.

Коротким нажатием на кнопку 2 можно переключать режим работы вольтметра, а именно, отображения входного или выходного напряжения на индикаторе. При использовании совместно с АКБ можно контролировать напряжение батареи и не допускать глубокого разряда.

Калибровка показаний вольтметра.

Сначала кнопкой 2 выбираем, какое напряжение отображать на дисплее вольтметра (входное или выходное). Затем мультиметром замеряем постоянное напряжение (входное или выходное) на клеммах. Если оно отличается от величины напряжения, отображаемого вольтметром, то начинаем калибровку.

Жмём 3-4 секунды на 2-ую кнопку. Показания на дисплее должны потухнуть. Отпускаем кнопку. При этом показания на дисплее появятся и начнут моргать.

Далее кратковременными нажатиями на кнопки 1 и 2 уменьшаем или увеличиваем величину отображаемого напряжения с шагом 0,1V. Если надо увеличить показания, например, с 12,0V до 12,5V, то жмём 5 раз на кнопку 2. Если надо уменьшить с 12V до 11,5V, то, соответственно, жмём 5 раз на кнопку 1.

После того, как калибровка завершена, жмём секунд 5 на кнопку 2. При этом показания на дисплее вольтметра перестанут моргать — калибровка завершена. Также можно ничего не делать и секунд через 10 вольтметр сам выйдет из режима калибровки.

Для того чтобы собрать блок питания, кроме самого DC/DC-модуля нам понадобится трансформатор, а также небольшая схема — диодный мост и фильтр.

Вот схема, которую нам предстоит собрать.

Схема блока питания на базе готового DC-DC модуля

(Картинка кликабельна. По клику откроется в новом окне)

О трансформаторе Т1 я расскажу чуть позднее, а сейчас разберёмся с диодным мостом VD1-VD4 и фильтром C1. Эту часть схемы я буду называть выпрямителем. Далее на фото — необходимые детали для его сборки.

Необходимые детали для сборки выпрямителя

Разводку будущих печатных дорожек на плате я рисовал маркером для печатных плат. Перед этим сделал набросок расположения элементов на плате, развёл соединительные проводники. Затем по шаблону отметил на заготовке места сверления. Сверлил до травления в хлорном железе, так как, если сверлить после травления, могут остаться зазубрины вокруг отверстий и легко повредить окантовку около отверстий.

Читайте также:  Схема преобразователь высокого напряжения

Затем высушил заготовку после травления, смыл защитный слой лака от маркера «Уайт-спиритом». После этого вновь отмыл и высушил заготовку, зачистил медные дорожки мелкой наждачной бумагой и залудил все дорожки припоем. Вот, что получилось.

Печатная плата выпрямителя и фильтра (этапы изготовления)

Немного о просчётах. Так как делал всё быстро и на коленке, то без «косяков», естественно, не обошлось. Во-первых, сделал плату двухсторонней, а не надо было. Дело в том, что отверстия то без металлизации, и запаять потом тот же разъём в такую двухстороннюю печатную плату непростая задача. С одной стороны контакты запаяешь без проблем, а вот с другой стороны платы уже никак. Так что намучился.

Внешний вид готового выпрямителя и фильтра

Вместо сетевого выключателя SA1 временно впаял перемычку. Установил входные и выходные разъёмы, а также разъём для подключения трансформатора. Разъёмы устанавливал в расчёте на модульность и удобство пользования, чтобы впредь можно было быстро и без пайки соединять блок выпрямителя с разными DC-DC модулями.

В качестве плавкого предохранителя FU1 использовал готовый с держателем. Очень удобно. И контакты под напряжением прикрыты, и предохранитель заменить без пайки не проблема. По идее подойдёт предохранитель в любом исполнении и типе корпуса.

В качестве диодного моста (VD1 — VD4) я использовал сборку RS407 на максимальный прямой ток 4 ампера. Аналоги диодного моста RS407 — это KBL10, KBL410. Диодный мост можно собрать и из отдельных выпрямительных диодов.

Тут стоит понимать, что сам регулируемый DC-DC модуль рассчитан на максимальный ток 5 ампер, но такой ток он сможет выдержать только в том случае, если на микросхему XL4015 установить радиатор, да, и для диода SS54, что на плате, ток в 5А — максимальный!

Также не будем забывать, что производители склонны завышать возможности своих изделий и срок их службы при таких нагрузках. Поэтому для себя я решил, что такой модуль можно нагружать током до 1 — 2 ампер. Речь идёт о постоянной, долгосрочной нагрузке, а не периодической (импульсной).

При таком раскладе, диодный мост можно выбрать на прямой ток 3-4 ампера. Этого должно хватить с запасом. Напомню, что если собирать диодный мост из отдельных диодов, то каждый из диодов, входящих в состав моста должен выдерживать максимальный потребляемый ток. В нашем случае это 3-4 ампера. Вполне подойдут диоды 1N5401 — 1N5408 (3А), КД257А (3А) и др.

Также для сборки потребуется электролитический конденсатор C1 ёмкостью 470 — 2200 мкФ. Конденсатор лучше выбрать на рабочее напряжение 63V, так как максимальное входное напряжение DC-DC преобразователя может быть до 36V, а то и 38. 40V. Поэтому разумней поставить конденсатор на 63V. С запасом и надёжно.

Тут опять же стоит понимать, что всё зависит от того, какое напряжение у вас будет на входе DC-DC модуля. Если, например, планируется использовать модуль для питания 12-ти вольтовой светодиодной ленты, а на входе DC-DC модуля будет напряжение только 16 вольт, то электролитический конденсатор можно поставить с рабочим напряжением 25 вольт или более.

Я же поставил по максимуму, так как данный модуль и собранный выпрямитель, я планировал использовать с разными трансформаторами, у которых разное выходное напряжение. Следовательно, чтобы каждый раз не перепаивать конденсатор, установил его на 63V.

Выпрямитель с фильтром + DC-DC преобразователь

В качестве трансформатора T1 подойдёт любой сетевой трансформатор с двумя обмотками. Первичная обмотка (Ⅰ) сетевая и должна быть рассчитана на переменное напряжение 220V, вторичная обмотка (Ⅱ) должна выдавать напряжение не более 25

Если взять трансформатор, на выходе которого будет более 26 вольт переменного напряжения, то после выпрямителя напряжение может быть уже более 36 вольт. А, как мы знаем, модуль DC-DC преобразователя рассчитан на входное напряжение до 36 вольт. Также стоит учитывать тот момент, что в бытовой электросети 220V иногда бывает чуть завышенное напряжение. Из-за этого, пусть и кратковременно, на выходе выпрямителя может образоваться довольно существенный «скачок» напряжения, который превысит допустимое напряжение в 38. 40 вольт для нашего модуля.

Читайте также:  Напряжение мышцы спины симптомы

Далее вы поймёте, зачем я всё это разжёвываю.

Ориентировочный расчёт выходного напряжения Uвых после диодного выпрямителя и фильтра на конденсаторе:

Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора T1 (Ⅱ) — UT1;

Падение напряжения (Forward Voltage Drop) на диодах выпрямителя — VF. Поскольку в диодном мосте в каждый полупериод ток течёт через два диода, то VF умножаем на 2. Для диодной сборки дело обстоит также.

Так, для RS407 в даташите я нашёл такую строчку: Maximum forward Voltage drop per bridge element at 3.0A peak — 1 Volt. Это означает, что если через любой из диодов моста течёт прямой ток в 3 ампера, то на нём будет теряться 1 вольт напряжения (per bridge element — на каждый элемент моста). То есть берём значение VF = 1V и так же, как и в случае с отдельными диодами, умножаем величину VF на два, так как в каждый полупериод ток течёт через два элемента диодной сборки.

Вообще, чтобы не ломать голову полезно знать, что VF для выпрямительных диодов обычно составляет около 0,5 вольт. Но это при небольшом прямом токе. С его ростом увеличивается и падение напряжения VF на p-n переходе диода. Как видим, величина VF при прямом токе в 3А для диодов сборки RS407 составляет уже 1V.

Так как на электролитическом конденсаторе С1 выделяется пиковое значение выпрямленного (пульсирующего) напряжения, то итоговое напряжение, которое мы получим после диодного моста (UT1 — (VF*2)) необходимо умножить на квадратный корень из 2, а именно √2

Таким образом, с помощью этой простой формулы мы сможем определить выходное напряжение на выходе фильтра. Теперь осталось дело за малым — найти подходящий трансформатор.

В качестве трансформатора я использовал силовой броневой трансформатор ТП114-163М.

Трансформатор ТП114-163М

К сожалению, точных данных на него я не нашёл. Выходное напряжение на вторичной обмотке без нагрузки

19,4V. Ориентировочная мощность данного трансформатора

Кроме этого решил сравнить полученные данные с параметрами трансформаторов серии ТП114 (ТП114-1, ТП114-2. ТП114-12). Максимальная выходная мощность данных трансформаторов — 13,2 Вт. Наиболее подходящим к трансформатору ТП114-163М по параметрам оказался ТП114-12. Напряжение на вторичной обмотке в режиме холостого хода — 19,4V, а под нагрузкой — 16V. Номинальный ток нагрузки — 0,82А.

Также в моём распоряжении оказался ещё один трансформатор, также серии ТП114. Вот такой.

Трансформатор серии ТП114

Судя по выходному напряжению (

22,3V) и лаконичной маркировке 9М, это модификация трансформатора ТП114-9. Параметры ТП114-9 такие: номинальное напряжение — 18V; номинальный ток нагрузки — 0,73А.

На базе первого трансформатора (ТП114-163М) мне удастся сделать регулируемый блок питания 1,2. 24 вольт, но это без нагрузки. Понятно, что при подключенной нагрузке (потребителе тока) напряжение на выходе трансформатора просядет, и результирующее напряжение на выходе DC-DC преобразователя также уменьшится на несколько вольт. Поэтому, этот момент надо учитывать и иметь ввиду.

На базе второго трансформатора (ТП114-9) уже получится регулируемый блок питания на 1,2. 28 вольт. Это также без нагрузки.

Про выходной ток. Производителем заявлено, что максимальный выходной ток DC-DC преобразователя — 5А. Судя по отзывам, максимум 2А. Но, как видим, трансформаторы мне удалось найти достаточно маломощные. Поэтому выжать даже 2 ампера мне вряд ли получится, хотя всё зависит от выходного напряжения DC-DC модуля. Чем меньше оно будет, тем больший ток удастся получить.

Для всякого маломощного «разносола» данный блок питания подойдёт на ура. Вот запитка «веселящего шарика» напряжением 9V и током около 100 mA.

Запитка маломощной нагрузки от самодельного блока питания на модуле XL4015

А это уже запитка 12-ти вольтовой светодиодной ленты длиной около 1 метра.

Подключаем к блоку питания на модуле XL4015 светодиодную ленту

Также существует облегчённая, Lite-версия данного DC-DC преобразователя, которая собрана также на микросхеме XL4015E1.

Версия DC-DC модуля с вольтметром и без

Единственное отличие, это отсутствие встроенного вольтметра.

Облегчённая, Lite-версия DC-DC преобразователя на XL4015E1

Параметры аналогичные: входное напряжение 4. 38V, максимальный ток 5А (рекомендуется не более 4,5А). Реально же использовать при входном напряжении до 30V, 30V с небольшим. Ток нагрузки не более 2. 2,5А. Если нагружать сильнее, то ощутимо греется и, естественно, снижается срок службы и надёжность.

Источник

Импульсный стабилизатор на микросхеме XL4015

Данный обзор посвящён модулю импульсного стабилизатора, который предлагается интернет-магазинами под названием «5A Lithium Charger CV CC Buck Step Down Power Module LED Driver». Таким образом модуль представляет собой импульсный понижающий преобразователь, предназначенный для зарядки литий-ионных аккумуляторов в режимах CV (постоянное напряжение) и СС (постоянный ток), а также для питания светодиодов. Стоит данное устройство около 2-х USD. Конструктивно модуль представляет собой печатную плату, на которой установлены все элементы, включая сигнальные светодиоды и органы регулировки. Внешний вид модуля представлен на рис.1.

Читайте также:  Схема задержки анодно напряжения

Внешний вид модуля

Чертёж печатной платы представлен на рис. 2.

Согласно спецификации изготовителя модуль имеет следующие технические характеристики:

  • Входное напряжение 6-38 В постоянного тока.
  • Выходное напряжение регулируемое 1.25-36 В постоянного тока.
  • Выходной ток 0-5 А (регулируемый).
  • Мощность в нагрузке до 75 ВА.
  • КПД более 96%.
  • Имеется встроенная защита от перегрева и короткого замыкания в нагрузке.
  • Размеры модуля 61.7х26.2х15 мм.
  • Масса 20 грамм.

Сочетание невысокой цены, малых размеров и высоких технических характеристик вызвало у автора интерес и желание экспериментально определить основные характеристики модуля.
Производитель не приводит схему электрическую принципиальную, по этому её пришлось рисовать самостоятельно. Результат этой работы представлен на рис. 3.

Схема импульсного стабилизатора на микросхеме XL4015

Основой устройства является микросхема DA2 XL4015, представляющая собой оригинальную китайскую разработку. Данная микросхема весьма похожа на популярную LM2596, но отличается улучшенными характеристиками. Видимо это достигается применением в качестве силового ключа мощного полевого транзистора. Описание этой микросхемы приведено в Л1. В данном устройстве микросхема включена в полном соответствии с рекомендациями изготовителя. Переменный резистор “CV” является регулятором выходного напряжения. Цепь регулируемого ограничения выходного тока выполнена на операционном усилителе DA3.1. Этот усилитель сравнивает падение напряжения на токоизмерительном резисторе R9 с регулируемым напряжением, снимаемым с переменного резистора “CC”. С помощью этого резистора можно задать желаемый уровень ограничения тока в нагрузке стабилизатора.

Если заданное значение тока будет превышено, то на выходе усилителя появится сигнал высокого уровня, красный светодиод HL2 откроется и напряжение на входе 2 микросхемы DA2 повысится, что приведёт к снижению напряжения и тока на выходе стабилизатора. Кроме того свечение HL2 будет сигнализировать о том, что модуль работает в режиме стабилизации тока (СС). Конденсатор С5 должен обеспечивать устойчивость узла регулирования тока.

На втором операционном усилителе DA3.2 собран сигнализатор снижения тока в нагрузке до значения менее 9% от заданного максимального тока. Если ток превышает указанное значение, то светится синий светодиод HL3, в противном случае светится зелёный светодиод HL1. При зарядке литий-ионных аккумуляторов снижение зарядного тока является одним из признаков окончания зарядки.
На микросхеме DA1 собран стабилизатор с выходным напряжением 5В. Это напряжение используется для питания операционного усилителя DA3, также оно используется для формирования опорного напряжения ограничителя тока и сигнализатора снижения тока.

Падение напряжения на токоизмерительном резисторе никак не компенсируется, по этому с ростом тока в нагрузке выходное напряжение стабилизатора снижается. Чтобы уменьшить данный недостаток величина токоизмерительного резистора выбрана достаточно маленькой (0.05 Ома). Из-за этого дрейф операционного усилителя DA3 может вызвать заметную нестабильность как уровня ограничения выходного тока так и уровня срабатывания сигнализатора.
Испытания модуля показали, что выходное сопротивление стабилизатора в режиме стабилизации напряжения (CV) практически полностью определяется токоизмерительным резистором и составляет около 0.06 Ома.
Коэффициент стабилизации напряжения около 400.
Для оценки тепловыделения на вход модуля было подано напряжение 12В. На выходе было установлено напряжение 5В при нагрузке сопротивлением 2.5 Ома (ток 2А). Через 30 минут микросхема DA2, дроссель L1 и диод VD1 нагрелись до 71, 64 и 48 градусов Цельсия соответственно.

Работа в режиме стабилизации тока в нагрузке (СС) сопровождалась переходом микросхемы DA2 в режим формирования пачек импульсов. Частота следования и длительность пачек изменялись в широких пределах в зависимости от величины тока. Эффект стабилизации тока при этом имел место, но пульсации на выходе модуля существенно возрастали. Кроме того работа устройства в режиме СС сопровождалась довольно громким писком, источником которого являлся дроссель L1.
Работа сигнализатора снижения тока нареканий не вызвала. Модуль успешно выдерживал короткое замыкание в нагрузке.

Таким образом модуль работоспособен как в режиме CV, так и в режиме СС, но при его использовании следует учитывать вышеописанные особенности.
Данный обзор написан по результатам исследования одного экземпляра устройства, что делает полученные результаты чисто ориентировочными.
По мнению автора описанный импульсный стабилизатор может быть с успехом использован, если требуется дешёвый, компактный источник питания с удовлетворительными характеристиками.

Источник