Regolatore buck boost che utilizza xl6009 con tensione di uscita regolabile da 3,3 V a 12 V.

Il regolatore Buck-Boost è realizzato utilizzando due diverse topologie, come suggerisce il nome, è composto sia dalla topologia buck che da quella boost. Sappiamo già che la topologia del regolatore Buck fornisce una tensione di uscita inferiore rispetto alla tensione di ingresso, mentre una topologia del regolatore boost fornisce una tensione di uscita maggiore rispetto alla tensione di ingresso fornita. Abbiamo già costruito un convertitore buck da 12V a 5V e un circuito convertitore boost da 3,7V a 5V utilizzando il popolare MC34063. Ma a volte, potremmo aver bisogno di un circuito che possa funzionare sia come buck che come regolatore boost.

Supponiamo, ad esempio, che il tuo dispositivo sia alimentato tramite una batteria al litio, l'intervallo di tensione in ingresso sarà compreso tra 3,6 V e 4,2 V. Se questo dispositivo necessita di due tensioni di funzionamento 3,3 V e 5 V. Quindi è necessario progettare un regolatore buck-boost che regolerà la tensione di questa batteria al litio in 3,3 V e 5 V. Quindi, in questo tutorial, impareremo come costruire un semplice regolatore buck-boost e testarlo su una breadboard per la facilità di costruzione. Questo regolatore è progettato per funzionare con una batteria da 9 V e può fornire un'ampia tensione di uscita che va da 3,3 V a 12V con una corrente di uscita massima di 4 A.

Componenti richiesti

1. Xl6009
2. Preset 10k
3. Induttore 33uH - 2 pezzi
4. 1n4007 - 2 pezzi
5. SR160 - 1 pz (per uscita max 800mA)
6. Induttore 10uH
7. Condensatore 100uF
8. Condensatore 1000uF -2 pezzi
9. Condensatore a film ceramico o poliestere da 1uF
10. Fonte di alimentazione 9V (batteria o adattatore)
11. Breadboard
12. Fili per breadboard.

IC regolatore buck-boost XL6009

Ci sono molti modi per costruire un circuito buck-boost, per il bene di questo tutorial, useremo il famoso IC convertitore CC / CC XL6009. Abbiamo selezionato questo circuito integrato per la sua facilità di disponibilità e la sua natura adatta ai principianti. Puoi anche consultare l'articolo su come selezionare l'IC del regolatore di commutazione per aiutarti con la selezione di altri regolatori per i tuoi progetti di commutazione.

Il componente principale è il regolatore di commutazione XL6009. Il pinout di XL6009 e le specifiche sono mostrati nell'immagine sottostante.

La linguetta metallica è collegata internamente al pin Switching del driver CI XL6009. La descrizione dei pin è riportata anche nella tabella sopra. Di seguito vengono fornite le specifiche tecniche importanti di XL6009 IC

Caratteristiche

• Ampia gamma di tensioni di ingresso da 5 V a 32 V.
• Programmazione della tensione di uscita positiva o negativa con un singolo pin di feedback
• Il controllo della modalità corrente fornisce un'eccellente risposta ai transienti
• Versione regolabile di riferimento 1,25 V.
• Frequenza di commutazione fissa di 400 KHz
• Corrente di commutazione massima 4A
• Protezione da sovratensione integrata con PIN SW
• Eccellente regolazione della linea e del carico
• Capacità di arresto TTL PIN EN
• MOSFET di potenza interno ottimizzato
• Alta efficienza fino al 94%
• Compensazione di frequenza incorporata
• Funzione soft-start incorporata
• Funzione di arresto termico incorporata
• Funzione di limite di corrente incorporata
• Disponibile nella confezione TO263-5L

La tabella delle specifiche sopra mostra che la tensione di ingresso minima di questo driver IC è 5 V e il massimo è 32 Volt. Inoltre, poiché la frequenza di commutazione è di 400 kHz, apre possibilità di utilizzare induttori più piccoli per scopi correlati alla commutazione. Inoltre, l'IC del driver supporta un massimo di corrente di uscita di 4 A, il che è ottimo per coprire molte applicazioni correlate a correnti elevate.

Circuito del convertitore buck-boost con XL6009

Lo schema elettrico completo del convertitore buck-boost è mostrato nell'immagine sottostante.

Per qualsiasi regolatore di commutazione, l'induttore e il condensatore sono i componenti principali. La posizione dell'induttore e del condensatore nel circuito è molto essenziale per fornire la potenza richiesta al carico durante le condizioni di accensione e spegnimento. In questo caso, vengono utilizzati due induttori (l1 e L4) che supporteranno la funzione buck e boost individualmente in questo circuito di commutazione. L'induttore 33uH che è L1, è l'induttore responsabile della modalità di funzionamento Buck mentre l'induttore L2 viene utilizzato per l'induttore della modalità Boost. Qui ho avvolto il mio induttore utilizzando un nucleo di ferrite e un filo di rame smaltato. Se sei nuovo nella creazione del tuo induttore, puoi consultare questo articolo sulle basi del design dell'induttore e della bobina dell'induttore per iniziare. Dopo aver costruito il tuo induttore,è possibile verificarne il valore utilizzando un misuratore LCD o, se non si dispone di un misuratore LCR, è possibile utilizzare l'oscilloscopio per trovare il valore dell'induttore utilizzando il metodo della frequenza di risonanza.

I condensatori di ingresso, C1 e C2 vengono utilizzati per filtrare i transitori e le ondulazioni dalla batteria esterna o dalla fonte di alimentazione. Il condensatore C3, 1uF, 100V viene utilizzato per isolare questi due induttori. C'è un diodo Schottky SR160 che è un diodo da un ampere e 60 V utilizzato per convertire il ciclo della frequenza di commutazione in CC e il condensatore 1000uF, 35V è il condensatore di filtro utilizzato per filtrare l'uscita dal diodo.

Poiché la tensione di soglia di feedback è 1,25 V, il partitore di tensione può essere impostato in base a questa tensione di feedback per configurare l'uscita effettiva. Per il nostro circuito, abbiamo utilizzato un potenziometro (R1) e un resistore (R2) per fornire la tensione di feedback.

R1 è un resistore variabile che viene utilizzato per impostare la tensione di uscita. R1 e R2 formano un partitore di tensione che fornisce feedback al driver IC XL6009. Come filtro LC vengono utilizzati l'induttore L4 da 10uH e il condensatore C3 da 100uF.

Costruzione e funzionamento del convertitore buck-boost

A parte l'induttore, tutti i componenti dovrebbero essere facilmente disponibili. L'IC XL6009 non è adatto alla breadboard. Quindi, ho usato la scheda tratteggiata per collegare i pin di XL6009 ai pin di intestazione maschio come mostrato di seguito.

Costruisci l'induttore come discusso in precedenza e crea il tuo circuito. Ho usato una breadboard per rendere le cose facili, ma si consiglia una scheda perf. Una volta completato il mio circuito sulla breadboard sembrava così.

Quando la tensione di ingresso è superiore alla tensione di uscita impostata, l'induttore si carica e resiste a qualsiasi cambiamento nel percorso della corrente. Quando l'interruttore si spegne, l'induttore fornisce la corrente caricata tramite il condensatore C3 e alla fine viene rettificata e attenuata rispettivamente dal diodo Schottky e dal condensatore C4. Il driver controlla la tensione di uscita tramite il partitore di tensione e salta il ciclo di commutazione per sincronizzare la tensione di uscita secondo l'uscita del circuito di feedback.

La stessa cosa accade durante la modalità boost quando la tensione di ingresso è inferiore alla tensione di uscita e l'induttore L2 si carica e fornisce la corrente di carico durante la condizione di spegnimento.

Test del circuito convertitore buck-boost XL6009

Il circuito è testato in una breadboard. Tieni presente che abbiamo costruito il circuito sulla breadboard solo a scopo di test e non dovresti caricare il tuo circuito per più di 1,5 A quando sei sulla breadboard. Per applicazioni a corrente più elevata, si consiglia vivamente di saldare il circuito su una scheda perf.

Per alimentare il circuito, puoi usare una batteria da 9V ma io ho usato il mio alimentatore da banco che è impostato a 9V.

La tensione di uscita può essere impostata da 3,3 V a 12V utilizzando il potenziometro. Tecnicamente, il circuito può essere progettato per una corrente di uscita elevata fino a 4A. Ma, a causa della limitazione del diodo di uscita, il circuito non viene testato a pieno carico. Il carico di uscita è impostato su un valore decente di circa 700-800 mA di corrente. È possibile modificare il diodo di uscita per aumentare la corrente di uscita, se necessario.

Per testare il nostro circuito di alimentazione, abbiamo utilizzato un multimetro per monitorare la tensione di uscita e per il carico, abbiamo utilizzato il carico elettronico DC qualcosa di simile a quello che abbiamo costruito in precedenza. Se non si dispone di un carico elettronico, è possibile utilizzare qualsiasi carico di propria scelta e monitorare la corrente utilizzando un multimetro. Il video completo del test è fornito in fondo a questa pagina.

Si nota anche che la tensione di uscita oscilla leggermente con un margine di +/- 5%. Ciò è dovuto all'elevato valore DCR degli induttori e all'indisponibilità del dissipatore di calore nell'XL6009. Un dissipatore di calore adeguato e componenti appropriati possono essere utili per un output stabile. Nel complesso, il circuito funziona in modo abbastanza operativo e le prestazioni sono soddisfacenti. Se hai domande, lasciale nella sezione commenti, puoi anche utilizzare i nostri forum per altre domande tecniche.