Modificación del convertidor reductor XL4015 con un limitador de corriente ajustable

La publicación explica una forma sencilla de mejorar el convertidor reductor de CC a CC XL4015 con un limitador de corriente ajustable, que parece faltar en el módulo original.

Acerca de XL4015

El XL4015 es un convertidor CC / CC reductor (reductor) PWM de frecuencia fija de 180 KHz, especialmente diseñado para operar una carga de 5 V y 5 amperios con buena eficiencia, ondulación mínima y una regulación excepcional de línea y carga.

Construido con muy pocas piezas adicionales, el módulo regulador es fácil de trabajar y consta de compensación de frecuencia incorporada junto con un oscilador de frecuencia fija.

El circuito de control PWM presenta una relación de trabajo ajustable a una tasa constante de 0 a 100%. El IC XL4015 también cuenta con una función de protección contra sobrecorriente incorporada.

Cuando se detecta un cortocircuito en la salida, la frecuencia de funcionamiento se reduce instantáneamente de 180 KHz a 48 KHz, provocando una caída inmediata en el voltaje y la corriente de salida.

El chip tiene un bloque de compensación totalmente integrado, sin depender de ningún componente externo.

Características principales de XL4015 IC

1. Amplio rango de voltaje de entrada de 8 V a 36 V
2. El voltaje de salida es ajustable de 1,25 V a 32 V
3. El ciclo de trabajo máximo puede llegar al 100%
4. La caída de salida es simplemente 0,3 V
5. La frecuencia de conmutación se fija en 180 kHz
6. La corriente de salida es constante a 5A.
7. Los MOSFET de potencia incorporados garantizan la optimización de alto voltaje / corriente
8. La eficiencia operativa es muy impresionante al 96%
9. La regulación de línea y carga es extremadamente buena
10. IC cuenta con una función de apagado térmico controlada internamente
11. Asimismo, también cuenta con una función de límite de corriente incorporada
12. No hace falta decir que el chip también incluye una función de protección de salida corta.

Mayor desventaja

Aunque el módulo XL4015 está cargado con muchas características excelentes que debe tener un convertidor reductor, carece de una instalación importante.

El módulo no tiene ninguna disposición para ajustar la corriente de salida a los niveles preferidos, según las especificaciones de carga.

Así que si quieres cargar una batería de Li-Ion con un módulo XL4015, digamos a una tasa de 2 amperios, no podrá hacerlo debido al inconveniente mencionado anteriormente.

De manera similar, si quisiera manejar un LED de 3.3 V a una tasa de corriente máxima de 3 amperios, también se sentiría decepcionado, ya que el módulo tiene una corriente nominal fija de 5 amperios.

Cómo funciona XL4015

El esquema de trabajo básico del convertidor reductor XL4015 se muestra a continuación:

El circuito está configurado para producir 5 V fijos a una salida de corriente constante de 5 amperios en respuesta a una entrada de suministro de 8 V a 36 V. Las especificaciones de potencia de entrada deben ser más altas que la potencia de salida, lo que significa que la capacidad de potencia de suministro de entrada debe ser superior a 5 V x 5 A = 25 W.

Por lo tanto, si se utiliza una alimentación de entrada de 36 V, la corriente de entrada debe ser superior a 25/36 = 0,7 amperios. Si se utilizan 8 V, la corriente de entrada puede ser superior a 25/8 = 3 amperios, y así sucesivamente.

El circuito interno del IC XL4015 consta de los elementos básicos, como un oscilador y un amplificador de error. La frecuencia del oscilador de 180 kHz bien calculada y controlada se genera en el pin 3 (SW) para alimentar la configuración del convertidor reductor externo que consta del diodo, el inductor y el condensador. Esto permite que la etapa reductora procese el suministro de entrada a una salida precisa de 5 V, 5 A.

El pin2 (FB) funciona como entrada para la retroalimentación del amplificador de error. Una entrada mínima de 1.25 V en este pinout es suficiente para comenzar el proceso de apagado del IC.

Este pinout se puede ver configurado con un divisor de potencial R1, R2, que asegura que el voltaje de salida nunca pueda ir más allá del rango de 5 V, lo que luego provoca que se desarrolle un voltaje superior a 1,25 V en el pin FB iniciando el proceso de apagado para IC, evitando así que la salida cruce el nivel de 5 V.

Esto también implica que el voltaje de salida podría ajustarse a otros niveles de voltaje, como 12 V o 15 V, variando adecuadamente los valores del divisor de retroalimentación R1 / R2.

El R1 / R2 también se puede arreglar usando la siguiente fórmula, para obtener el voltaje de salida deseado:

Vout = 1,25 x (1 + R2 / R1)

Ajuste del límite de corriente

Como podemos ver en el esquema, el módulo XL4015 no incluye una característica de limitación de corriente que aparentemente es una limitación importante del módulo.

Sin embargo, el módulo incluye un pinout FB de cierre que podría configurarse con un circuito limitador de corriente , para lograr la función. Esto se podría implementar como se indica en el siguiente diagrama:

El RX se puede calcular usando la ley de Ohm:

RX = 0.2 / Límite de corriente

Dado que los dos transistores están conectados con una salida de ganancia muy alta, una diferencia de potencial de solo 0.2 V a través de RX debería ser suficiente para activar el pin FB del IC e iniciar la acción de limitación de corriente.

Tan pronto la corriente tiende a exceder el límite deseado, hace que el potencial mínimo requerido se desarrolle a través de RX, lo que hace que el NPN conduzca, lo que a su vez activa el PNP BJT con fuerza. La acción suministra la CC positiva deseada en el pin FB, iniciando el apagado.

Cuando esto sucede, la corriente de salida cae por debajo del límite establecido, apagando los BJT y restaurando la condición anterior, en la que la corriente comienza una vez más a exceder el límite establecido encendiendo los BJT. El ciclo sigue repitiéndose, asegurando que la corriente siempre permanezca dentro del límite establecido.

Con esta disposición, el XL4015 se equipa con la función de límite de corriente de salida ajustable muy útil.

XL4015 Alternativa (circuito equivalente)

Aunque el módulo XL4015 está fácilmente disponible en la mayoría de las tiendas en línea, el IC no es fabricado por marcas de renombre y puede ser propenso a volverse obsoleto en cualquier momento.

Por lo tanto, tener un circuito convertidor reductor ajustable de 5 V alternativo que utilice componentes discretos parece ser una opción mucho mejor.

El siguiente diagrama muestra un convertidor reductor de 5 V muy eficiente utilizando el popular TL494 chip:

El ejemplo anterior muestra un convertidor reductor de precisión de 5 V simple pero extremadamente útil, equivalente al XL4015.

Aquí, muestra una aplicación de convertidor reductor de inversor solar, que puede adoptarse para cualquier otro propósito de convertidor CC a CC deseado.

El uso de TL494 garantiza que el diseño no se quede obsoleto fácilmente y que el reemplazo del IC sea fácilmente accesible cuando sea necesario.

Aquí también, un bucle de retroalimentación de amplificador de error determina la corriente de salida configurando la red divisor de potencial construida alrededor de R8 / R9.

La corriente se puede ajustar ajustando adecuadamente la resistencia R13.

R13 = 0.2 / Límite de corriente máxima

Otra gran ventaja de usar el convertidor reductor de construcción discreta anterior es el nivel de corriente de salida, que no está limitado a 5 amperios, sino que podría actualizarse a niveles mucho más altos simplemente mejorando los transistores, el grosor del cable del inductor y el valor de la resistencia R13.