使用可调电流限制器增强XL4015 DC到DC降压转换器的简单方法

这篇文章解释了一种使用可调电流限制器增强XL4015 DC到DC降压转换器的简单方法，该限制器在原始模块中似乎缺失。

关于XL4015

XL4015 是一款 180 KHz 固定频率 PWM 降压（降压）DC/DC 转换器，专为运行 5 V、5 A 负载而设计，效率高、纹波最小，线路和负载调整率也非常出色。

稳压器模块使用很少数量的附加部件构建，易于使用，由内置频率补偿和固定频率振荡器组成。

PWM 控制电路具有可调占空比，恒定速率范围为 0 至 100%。IC XL4015还具有内置的过流保护功能。

当检测到输出短路时，工作频率会立即从180 KHz降低到48 KHz，从而导致输出电压和电流立即下降。

该芯片具有完全集成的补偿模块，无需任何外部组件。

XL4015 集成电路主要特点

8V 至 36V 宽输入电压范围

输出电压可在 1.25V 至 32V 范围内调节

最大占空比可高达100%

输出压差仅为0.3V

开关频率固定为 180 kHz

输出电流恒定在 5A。

内置功率 MOSFET 确保高电压/电流优化

96%的运行效率令人印象深刻

线路和负载调整率非常好

IC具有内部控制的热关断功能

同样，它还具有内置的电流限制功能

不用说，该芯片还包括输出短路保护功能。

主要缺点

尽管XL4015模块加载了降压转换器需要具备的许多出色功能，但它缺乏一个主要功能。

该模块没有根据负载规格将输出电流调整到首选水平的安排。

因此，如果您想使用 XL4015 模块为锂离子电池充电，例如以 2 安培的速率充电，由于上述缺点，您将无法做到这一点。

同样，如果您想以 3 安培最大电流率驱动 3.3 V LED，您同样会感到失望，因为模块的额定电流为 5 安培固定。

XL4015的工作原理

XL4015降压转换器的基本工作原理如下所示：

该电路配置为在恒定的5 A电流输出下产生固定的5 V电压，以响应8 V至36 V的电源输入。输入功率规格必须高于输出功率，这意味着输入电源功率容量必须高于5 V x 5 A = 25 W。

因此，如果使用 36 V 的输入电源，则输入电流应高于 25 / 36 = 0.7 安培。如果使用 8 V，则输入电流可能高于 25 / 8 = 3 安培，依此类推。

IC XL4015的内部电路由振荡器和误差放大器等基本元件组成。在引脚3 （SW）处产生经过良好计算和控制的180 kHz振荡器频率，用于馈送由二极管、电感器和电容器组成的外部降压转换器配置。这使得降压级能够将输入电源处理为精确的5 V、5 A输出。

引脚2 （FB） 用作误差放大器反馈的输入。此引脚排列处的最小1.25 V输入足以开始IC的关断过程。

可以看到，该引脚配置了电位分压器R1、R2，可确保输出电压永远不会超过5 V范围，从而导致FB引脚产生高于1.25 V的电压，启动IC关断过程，从而防止输出超过5 V电平。

这也意味着可以通过适当改变R1/R2反馈分压器值，将输出电压调节到其他电压电平，例如12 V或15 V。

R1/R2也可以使用以下公式固定，以获得所需的输出电压：

Vout=1.25 x （1+R2/R1）

电流限制调整

从原理图中可以看出，XL4015模块不包括限流功能，这显然是模块的主要限制。

但是，该模块确实包括一个关断引脚FB，可以配置外部限流器电路，以实现该功能。这可以如下图所示实现：

RX可以使用欧姆定律计算：

RX = 0.2 / 电流限制

由于两个晶体管的连接具有非常高的增益输出，因此RX两端仅0.2 V的电位差就足以触发IC的FB引脚并启动限流动作。

一旦电流趋于超过所需的限值，就会导致所需的最小电位在RX上产生，从而导致NPN导通，进而触发PNP BJT。该动作在FB引脚上提供预期的正DC，从而启动关断。

发生这种情况时，输出电流降至设定限值以下，关闭BJT并恢复先前的状态，其中电流再次开始超过设定的限值，打开BJT。循环不断重复，确保电流始终保持在设定的限值内。

通过这种布置，XL4015配备了非常有用的可调输出电流限制功能。

XL4015 替代（等效电路）

尽管XL4015模块可以从大多数在线商店轻松获得，但该IC不是由知名品牌制造的，并且可能随时过时。

因此，使用分立元件的替代5 V可调降压转换器电路似乎是一个更好的选择。

下图显示了使用常用TL494芯片的高效5 V降压转换器：

上例显示了XL4015的简单但非常方便的精密5 V降压转换器。

在这里，它展示了一个太阳能逆变器降压转换器应用，可用于任何其他所需的直流到直流转换器用途。

TL494的使用可确保设计不会轻易过时，并且IC的替代品将在需要时随时可用。

同样，误差放大器反馈环路通过围绕R8/R9建立电位分压器网络来确定输出电流。

电流可以通过适当调整R13电阻来调节。

R13 = 0.2/最大电流限制

使用上述分立式降压转换器的另一个巨大优势是输出电流水平，不限于5安培，而是可以通过升级晶体管、电感线粗细和R13电阻值来升级到更高的水平。