Regulador de aumento de velocidade usando xl6009 com tensão de saída ajustável de 3,3 V a 12 V

O regulador Buck-Boost é feito usando duas topologias diferentes, como o nome sugere, ele consiste na topologia buck e boost. Já sabemos que a topologia do regulador Buck fornece uma magnitude menor de tensão de saída do que a tensão de entrada, enquanto uma topologia do regulador de reforço fornece uma magnitude maior de tensão de saída do que a tensão de entrada fornecida. Já construímos um conversor Buck de 12V para 5V e um circuito conversor Boost de 3,7V para 5V usando o popular MC34063. Mas às vezes, podemos precisar de um circuito que pode funcionar como um regulador de reforço e de câmbio.

Digamos, por exemplo, que se o seu dispositivo seja alimentado por uma bateria de lítio, a faixa de voltagem de entrada estará entre 3,6 V e 4,2 V. Se este dispositivo precisar de duas tensões de operação 3,3V e 5V. Em seguida, você precisa projetar um regulador buck-boost que regulará a tensão desta bateria de lítio em 3,3 V e 5 V. Portanto, neste tutorial, aprenderemos como construir um regulador buck-boost simples e testá-lo em uma placa de ensaio para facilitar a construção. Este regulador é projetado para funcionar com uma bateria de 9 V e pode fornecer uma ampla tensão de saída variando de 3,3 V a 12 V com uma corrente de saída máxima de 4 A.

Componentes necessários

Xl6009
Predefinição de 10k
33uH indutor - 2pcs
1n4007 - 2pcs
SR160 - 1pc (para saída máxima de 800mA)
Indutor 10uH
Capacitor 100uF
Capacitor 1000uF -2pcs
1uF cerâmica ou capacitor de filme de poliéster
Fonte de alimentação de 9 V (bateria ou adaptador)
Tábua de pão
Fios para placa de ensaio.

XL6009 Buck-Boost Regulator IC

Há muitas maneiras de construir um circuito buck-boost, por causa deste tutorial, usaremos o famoso CI Conversor DC / DC XL6009. Escolhemos este IC devido à sua facilidade de disponibilidade e natureza amigável para iniciantes. Você também pode verificar o artigo sobre como selecionar o regulador de comutação IC para ajudá-lo com outra seleção de regulador para seus projetos de comutação.

O principal componente é o regulador de comutação XL6009. A pinagem do XL6009 e as especificações são mostradas na imagem abaixo.

A aba de metal é conectada internamente com o pino de comutação do driver XL6009 ic. A descrição do pino também é fornecida na tabela acima. As especificações técnicas importantes do XL6009 IC são fornecidas abaixo

Características

Ampla faixa de tensão de entrada de 5 V a 32 V
Programação de tensão de saída positiva ou negativa com um único pino de realimentação
O controle do modo de corrente fornece excelente resposta transitória
Versão ajustável de referência de 1,25 V
Freqüência de comutação fixa de 400 KHz
Corrente de comutação máxima 4A
Proteção contra sobretensão integrada SW PIN
Excelente regulagem de linha e carga
Capacidade de desligamento do EN PIN TTL
MOSFET interno de otimização de energia
Alta eficiência de até 94%
Compensação de frequência embutida
Função Soft-Start Integrada
Função de desligamento térmico embutido
Função de Limite de Corrente Integrada
Disponível no pacote TO263-5L

O gráfico de especificações acima mostra que a tensão de entrada mínima deste driver IC é 5 V e a máxima é 32 Volts. Além disso, como a frequência de chaveamento é de 400 kHz, abre possibilidades para o uso de indutores menores para fins relacionados à chaveamento. Além disso, o driver IC suporta um máximo de 4A de corrente de saída, o que é ótimo para cobrir muitas aplicações relacionadas a correntes de alta classificação.

Circuito Conversor Buck-Boost usando XL6009

O diagrama completo do circuito do conversor buck-boost é mostrado na imagem abaixo.

Para qualquer regulador de comutação, o indutor e o capacitor são os componentes principais. A posição do indutor e do capacitor no circuito é muito essencial para fornecer a energia necessária para a carga durante a condição de ligar e desligar. Neste caso, dois indutores (l1 e L4) são usados para suportar a função de buck e boost individualmente neste circuito de comutação. O indutor 33uH que é L1, é o indutor responsável pelo modo de operação Buck, enquanto o indutor L2 é usado para o indutor do modo Boost. Aqui eu enrolei meu próprio indutor usando um núcleo de ferrite e fio de cobre esmaltado. Se você é novo na fabricação de seu próprio indutor, pode verificar este artigo sobre os fundamentos do design de indutor e bobina de indutor para começar. Depois de construir seu indutor,você pode verificar seu valor usando um medidor LCD ou, se não tiver um medidor LCR, pode usar seu osciloscópio para encontrar o valor do indutor usando o método de frequência ressonante.

Os capacitores de entrada, C1 e C2, são usados para filtrar transientes e ondulação da bateria externa ou da fonte de alimentação. O capacitor C3, 1uF, 100V é usado para isolar esses dois indutores. Há um diodo Schottky SR160 que é um diodo de 60 V, um ampere usado para converter o ciclo de frequência de chaveamento em DC e o capacitor 1000uF, 35 V é o capacitor de filtro usado para filtrar a saída do diodo.

Como a tensão limite de feedback é 1,25 V, o divisor de tensão pode ser definido de acordo com essa tensão de feedback para configurar a saída real. Para o nosso circuito, usamos um potenciômetro (R1) e um resistor (R2) para fornecer a tensão de feedback.

R1 é um resistor variável que é usado para definir a tensão de saída. O R1 e o R2 formam um divisor de tensão que fornece feedback para o driver IC XL6009. O indutor de 10uH L4 e o capacitor de 100uF C3 são usados como um filtro LC.

Construção e funcionamento do conversor Buck-Boost

Além do indutor, todos os componentes devem estar facilmente disponíveis. O XL6009 IC não é amigável ao breadboard. Portanto, usei a placa pontilhada para conectar os pinos do XL6009 aos pinos do conector macho, conforme mostrado abaixo.

Construa o indutor conforme discutido anteriormente e crie seu circuito. Eu usei um breadboard para tornar as coisas mais fáceis, mas um perfboard é recomendado. Depois de completar o meu circuito na placa de ensaio, ficou assim.

Quando a tensão de entrada é mais alta do que a tensão de saída definida, o indutor é carregado e resiste a quaisquer mudanças no caminho da corrente. Quando a chave é desligada, o indutor fornece a corrente carregada através do capacitor C3 e, finalmente, retificado e suavizado pelo diodo Schottky e pelo capacitor C4 respectivamente. O driver verifica a tensão de saída pelo divisor de tensão e pula o ciclo de comutação para sincronizar a tensão de saída de acordo com a saída do circuito de feedback.

A mesma coisa acontece durante o modo boost quando a tensão de entrada é menor que a tensão de saída e o indutor L2 é carregado e fornece a corrente de carga durante a condição de desligamento.

Teste do circuito conversor Buck-Boost XL6009

O circuito é testado em uma placa de ensaio. Observe que construímos o circuito na placa de ensaio apenas para fins de teste e você não deve carregar o circuito por mais de 1,5 A quando na placa de ensaio. Para aplicações de corrente mais alta, soldar seu circuito na placa de desempenho é altamente recomendado.

Para alimentar o circuito, você pode usar uma bateria de 9V, mas usei minha fonte de alimentação de bancada que está configurada para 9V.

A tensão de saída pode ser configurada de 3,3 V a 12 V usando o potenciômetro. Tecnicamente, o circuito pode ser projetado para uma alta corrente de saída de até 4A. Porém, devido à limitação do diodo de saída, o circuito não é testado em plena carga. A carga de saída é definida para um valor decente de aproximadamente 700-800mA de corrente. Você pode alterar o diodo de saída para aumentar a corrente de saída, se necessário.

Para testar o nosso circuito de alimentação, usamos um multímetro para monitorar a tensão de saída e para a carga, usamos a carga eletrônica DC algo semelhante ao que construímos anteriormente. Se você não tiver uma carga eletrônica, pode usar qualquer carga de sua escolha e monitorar a corrente usando um multímetro. O vídeo de teste completo é fornecido no final desta página.

Nota-se também que a tensão de saída está um pouco oscilando em uma margem de +/- 5%. Isso se deve ao alto valor DCR dos indutores e à indisponibilidade do dissipador de calor no XL6009. Dissipador de calor e componentes adequados podem ser úteis para uma produção estável. No geral, o circuito está funcionando perfeitamente operacional e o desempenho é satisfatório. Se você tiver alguma dúvida, deixe-a na seção de comentários, você também pode usar nossos fóruns para outras questões técnicas.