Buck Boost Regulator โดยใช้ xl6009 พร้อมแรงดันเอาต์พุต 3.3v ถึง 12v ที่ปรับได้

ตัวควบคุม Buck-Boost ทำโดยใช้โทโพโลยีสองแบบที่แตกต่างกันตามชื่อที่แนะนำซึ่งประกอบด้วยโทโพโลยีแบบบัคและบูสต์ เรารู้อยู่แล้วว่า Buck Regulator Topology ให้แรงดันไฟฟ้าขาออกต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าในขณะที่ Boost Regulator Topology ให้แรงดันไฟฟ้าขาออกสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ให้ไว้ เราได้สร้างตัวแปลงบั๊ก 12V ถึง 5V และวงจรแปลงบูสต์ 3.7V ถึง 5V โดยใช้ MC34063 ยอดนิยมแล้ว แต่ในบางครั้งเราอาจต้องการวงจรที่สามารถทำงานเป็นบั๊กและตัวควบคุมบูสต์ได้

ตัวอย่างเช่นหากอุปกรณ์ของคุณใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะอยู่ระหว่าง 3.6V ถึง 4.2V หากอุปกรณ์นี้ต้องการแรงดันไฟฟ้า 3.3V และ 5V สองตัว จากนั้นคุณต้องออกแบบตัวควบคุมการเพิ่มบัคที่จะควบคุมแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ลิเธียมนี้ให้เป็น 3.3V และ 5V ดังนั้นในบทช่วยสอนนี้เราจะได้เรียนรู้วิธีสร้างตัวควบคุมการเพิ่มบั๊กแบบง่ายและทดสอบบนเขียงหั่นขนมเพื่อความสะดวกในการสร้าง ตัวควบคุมนี้ออกแบบมาเพื่อทำงานร่วมกับแบตเตอรี่ 9V และสามารถให้แรงดันไฟฟ้าขาออกได้กว้างตั้งแต่ 3.3V ถึง 12V โดยมีกระแสไฟขาออกสูงสุด 4A

ส่วนประกอบที่จำเป็น

1. Xl6009
2. 10k ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
3. ตัวเหนี่ยวนำ 33uH - 2 ชิ้น
4. 1n4007 - 2 ชิ้น
5. SR160 - 1pc (สำหรับเอาต์พุตสูงสุด 800mA)
6. ตัวเหนี่ยวนำ 10uH
7. ตัวเก็บประจุ 100uF
8. ตัวเก็บประจุ 1000uF -2 ชิ้น
9. ตัวเก็บประจุฟิล์มเซรามิกหรือโพลีเอสเตอร์ 1uF
10. แหล่งจ่ายไฟ 9V (แบตเตอรี่หรืออะแดปเตอร์)
11. เขียงหั่นขนม
12. สายไฟสำหรับเขียงหั่นขนม

XL6009 Buck-Boost Regulator IC

มีหลายวิธีในการสร้างวงจรเพิ่มบั๊กเพื่อประโยชน์ในการสอนนี้เราจะใช้ XL6009 DC / DC Converter IC ที่มีชื่อเสียง เราได้เลือก IC นี้เนื่องจากมีความสะดวกในการใช้งานและเป็นมิตรกับผู้เริ่มต้นใช้งาน คุณยังสามารถตรวจสอบบทความเกี่ยวกับวิธีการเลือกการเปลี่ยน IC ควบคุมเพื่อช่วยคุณในการเลือกตัวควบคุมอื่น ๆ สำหรับการออกแบบสวิตช์ของคุณ

ส่วนประกอบหลักคือตัวควบคุมการสลับ XL6009 pinout ของ XL6009และข้อกำหนดที่จะแสดงในภาพด้านล่าง

แท็บโลหะเชื่อมต่อภายในด้วยพิน Switching ของไอซีไดรเวอร์ XL6009 คำอธิบายพินยังแสดงอยู่ในตารางด้านบน ข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญของ XL6009 IC มีดังต่อไปนี้

คุณสมบัติ

• ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุต 5V ถึง 32V กว้าง
• การเขียนโปรแกรมแรงดันเอาต์พุตเป็นบวกหรือลบด้วยพินคำติชมเดียว
• การควบคุมโหมดปัจจุบันให้การตอบสนองชั่วคราวที่ยอดเยี่ยม
• 1.25V อ้างอิงปรับรุ่น
• คงที่ 400KHz Switching Frequency
• สูงสุด 4A Switching Current
• SW PIN การป้องกันแรงดันเกินในตัว
• การควบคุมสายและโหลดที่ยอดเยี่ยม
• EN PIN TTL ความสามารถในการปิดเครื่อง
• MOSFET กำลังเพิ่มประสิทธิภาพภายใน
• ประสิทธิภาพสูงถึง 94%
• การชดเชยความถี่ในตัว
• ฟังก์ชั่น Soft-Start ในตัว
• ฟังก์ชั่นปิดระบบระบายความร้อนในตัว
• ฟังก์ชัน จำกัด กระแสในตัว
• มีจำหน่ายในแพ็คเกจ TO263-5L

แผนภูมิข้อมูลจำเพาะข้างต้นแสดงให้เห็นว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตต่ำสุดของ IC ไดรเวอร์นี้คือ 5V และสูงสุดคือ 32 โวลต์ นอกจากนี้เนื่องจากความถี่ในการเปลี่ยนคือ 400 kHz จึงเปิดความเป็นไปได้ในการใช้ตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กเพื่อเปลี่ยนวัตถุประสงค์ที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้ IC ไดรเวอร์ยังรองรับกระแสเอาต์พุตสูงสุด 4A ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งในการปกปิดแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้าที่ได้รับคะแนนสูงจำนวนมาก

Buck-Boost Converter Circuit โดยใช้ XL6009

แผนภาพวงจรตัวแปลง buck-boost ที่สมบูรณ์แสดงในภาพด้านล่าง

สำหรับตัวควบคุมการสลับใด ๆ ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบหลัก ตำแหน่งของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุในวงจรมีความสำคัญมากในการจัดหาพลังงานที่ต้องการให้กับโหลดในระหว่างการเปิดและปิดสวิตช์ ในกรณีนี้จะใช้ตัวเหนี่ยวนำสองตัว (l1 และ L4) ที่จะรองรับบั๊กและฟังก์ชันบูสต์แยกกันในวงจรสวิตชิ่งนี้ ตัวเหนี่ยวนำ 33uH ที่เป็น L1 เป็นตัวเหนี่ยวนำที่รับผิดชอบโหมด Buck ของการทำงานในขณะที่ตัวเหนี่ยวนำ L2 ใช้สำหรับตัวเหนี่ยวนำโหมด Boost ที่นี่ฉันพันตัวเหนี่ยวนำของตัวเองโดยใช้แกนเฟอร์ไรต์และลวดทองแดงเคลือบ หากคุณยังใหม่กับการสร้างตัวเหนี่ยวนำของคุณเองคุณสามารถตรวจสอบบทความนี้เกี่ยวกับพื้นฐานของตัวเหนี่ยวนำและการออกแบบขดลวดตัวเหนี่ยวนำเพื่อเริ่มต้น เมื่อคุณสร้างตัวเหนี่ยวนำของคุณแล้วคุณสามารถตรวจสอบค่าได้โดยใช้มิเตอร์ LCD หรือหากคุณไม่มีเครื่องวัด LCR ​​คุณสามารถใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อหาค่าตัวเหนี่ยวนำโดยใช้วิธีความถี่เรโซแนนซ์

ตัวเก็บประจุอินพุต C1 และ C2 ใช้เพื่อกรองช่วงเวลาและการกระเพื่อมจากแบตเตอรี่ภายนอกหรือแหล่งพลังงาน ตัวเก็บประจุ C3, 1uF, 100V ใช้สำหรับการแยกตัวเหนี่ยวนำทั้งสองนี้ มีSchottky diode SR160ซึ่งเป็นหนึ่งแอมแปร์ไดโอด 60V ที่ใช้สำหรับการแปลงวงจรความถี่สวิตชิ่งเป็น DC และตัวเก็บประจุ 1000uF, 35V เป็นตัวเก็บประจุตัวกรองที่ใช้สำหรับกรองเอาต์พุตจากไดโอด

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าป้อนกลับคือ 1.25V จึงสามารถตั้งค่าตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าตามแรงดันไฟฟ้าป้อนกลับนี้เพื่อกำหนดค่าเอาต์พุตจริง สำหรับวงจรของเราเราได้ใช้หม้อ (R1) และตัวต้านทาน (R2) เพื่อให้แรงดันป้อนกลับ

R1 เป็นตัวต้านทานตัวแปรที่ใช้สำหรับตั้งค่าแรงดันขาออก R1 และ R2 เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ให้ข้อเสนอแนะแก่ไดรเวอร์ IC XL6009 ตัวเหนี่ยวนำ 10uH L4 และ 100uF ตัวเก็บประจุ C3 ใช้เป็นตัวกรอง LC

การก่อสร้างและการทำงานของ Buck-Boost Converter

นอกเหนือจากตัวเหนี่ยวนำส่วนประกอบทั้งหมดควรมีอยู่อย่างง่ายดาย XL6009 IC ไม่เป็นมิตรกับเขียงหั่นขนม ดังนั้นฉันจึงใช้กระดานประเพื่อเชื่อมต่อพินของ XL6009 กับพินส่วนหัวของตัวผู้ตามที่แสดงด้านล่าง

สร้างตัวเหนี่ยวนำตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้และสร้างวงจรของคุณ ฉันใช้เขียงหั่นขนมเพื่อทำให้สิ่งต่างๆง่ายขึ้น แต่แนะนำให้ใช้บอร์ดที่สมบูรณ์แบบ เมื่อเสร็จสิ้นวงจรของฉันบนเขียงหั่นขนมก็มีลักษณะเช่นนี้

เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงกว่าแรงดันขาออกที่ตั้งไว้ตัวเหนี่ยวนำจะถูกชาร์จและต้านทานการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในเส้นทางปัจจุบัน เมื่อสวิตช์ดับลงตัวเหนี่ยวนำจะจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุ C3 และในที่สุดก็แก้ไขและทำให้เรียบโดยไดโอด Schottky และตัวเก็บประจุ C4 ตามลำดับ คนขับจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าขาออกโดยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าและข้ามรอบการสลับเพื่อซิงค์แรงดันไฟฟ้าขาออกตามเอาต์พุตของวงจรป้อนกลับ

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นในระหว่างโหมดเพิ่มเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าน้อยกว่าแรงดันขาออกและตัวเหนี่ยวนำ L2 ถูกชาร์จขึ้นและให้กระแสโหลดในระหว่างสภาวะการปิดสวิตช์

การทดสอบ XL6009 Buck-Boost Converter Circuit

ทดสอบวงจรในเขียงหั่นขนม โปรดทราบว่าเราได้สร้างวงจรบนเขียงหั่นขนมเพื่อการทดสอบเท่านั้นและคุณไม่ควรโหลดวงจรของคุณมากกว่า 1.5A เมื่ออยู่บนเขียงหั่นขนม สำหรับการใช้งานในปัจจุบันที่สูงขึ้นขอแนะนำให้บัดกรีวงจรของคุณบนบอร์ด perf

ในการจ่ายไฟให้วงจรคุณสามารถใช้แบตเตอรี่ 9V แต่ฉันใช้แหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะซึ่งตั้งไว้ที่ 9V

สามารถตั้งแรงดันเอาต์พุตได้ตั้งแต่ 3.3V ถึง 12V โดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ ในทางเทคนิคสามารถออกแบบวงจรให้กระแสเอาต์พุตสูงได้มากถึง 4A แต่เนื่องจากข้อ จำกัด ของไดโอดเอาต์พุตจึงไม่ได้ทดสอบวงจรในโหลดเต็ม โหลดเอาต์พุตถูกตั้งค่าเป็นค่าที่เหมาะสมโดยประมาณ 700-800mA ของกระแส คุณสามารถเปลี่ยนไดโอดเอาท์พุตเพื่อเพิ่มกระแสเอาต์พุตได้หากต้องการ

ในการทดสอบวงจรจ่ายไฟของเราเราได้ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อตรวจสอบแรงดันขาออกและสำหรับโหลดเราได้ใช้โหลดอิเล็กทรอนิกส์กระแสตรงที่คล้ายกับที่เราสร้างไว้ก่อนหน้านี้ หากคุณไม่มีโหลดอิเล็กทรอนิกส์คุณสามารถใช้โหลดที่คุณต้องการและตรวจสอบกระแสไฟฟ้าโดยใช้มัลติมิเตอร์ วิดีโอทดสอบฉบับสมบูรณ์มีให้ที่ด้านล่างของหน้านี้

นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นว่าแรงดันเอาต์พุตมีความผันผวนเล็กน้อยในระยะขอบ +/- 5% เนื่องจากค่า DCR ของตัวเหนี่ยวนำสูงและความไม่พร้อมใช้งานของชุดระบายความร้อนใน XL6009 ชุดระบายความร้อนที่เพียงพอและส่วนประกอบที่เหมาะสมจะเป็นประโยชน์สำหรับเอาต์พุตที่มีเสถียรภาพ โดยรวมแล้ววงจรทำงานได้ค่อนข้างดีและประสิทธิภาพเป็นที่น่าพอใจ หากคุณมีคำถามใด ๆ ทิ้งไว้ในส่วนความคิดเห็นคุณยังสามารถใช้ฟอรัมของเราสำหรับคำถามทางเทคนิคอื่น ๆ