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Einstellbare DC-Spannungswandler sind sehr vielseitige und einfach zu verwendende Module, die die Stromversorgung elektronischer Geräte ermöglichen, die nicht standardmäßige Versorgungsspannungen benötigen. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf das Abwärtswandlermodul XL4015, mit dem sich die Versorgungsspannung herabsetzen lässt, so dass am Ausgang eine Gleichspannung im Bereich von 1,3V bis 36V und eine maximale Stromstärke von 5A anliegt.
XL4015 - Technische Daten des Moduls
Das Abwärtswandlermodul XL4015 weist die folgenden technischen Merkmale auf: Der von diesem Modul unterstützte Eingangsspannungsbereich liegt zwischen 8V und 36V, und die Ausgangsspannung dieses Moduls kann zwischen 1,3V und 36V eingestellt werden – dabei ist zu berücksichtigen, dass die Eingangsspannung höher sein muss als die gewünschte Ausgangsspannung, damit sich der Wechselrichter einschaltet. Die maximale Strombelastbarkeit dieses Moduls beträgt 5A. Der Genauigkeitsbereich der Spannungsregelung beträgt 2,5% und der Bereich der Stromlastregelung hat eine Genauigkeit von bis zu 0,5%. Das maximale Ausgangsrauschen des Wechselrichters beträgt 50 mV im 20-MHz-Frequenzband. Die Tastfrequenz des Wechselrichters beträgt 300kHz und der Wirkungsgrad des Wechselrichters liegt unter optimalen Bedingungen bei 95%. Das Modul hat keine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang und kann im Spannungs- oder Stromquellenmodus betrieben werden. Der Betriebstemperaturbereich des Moduls beträgt -40*C bis +85*C.
Aufbau des XL4015-Moduls - Spannungs- und Stromregelung und optische LED-Signalisierung
Auf der Platine des XL4015-Moduls fallen neben den blauen ARK-Schraubanschlüssen zwei Mehrgang-Montagepotentiometer ins Auge. Mit diesen Potentiometern können wir die Spannung am Ausgang des Konverters einstellen und die maximale Strombelastung seines Ausgangs anpassen. Auf der Platine finden wir auch drei LEDs, die uns über den Betriebsmodus des Wechselrichters informieren. Die erste LED, die sich in der Nähe des Eingangsanschlusses des Wechselrichters befindet, informiert uns darüber, dass der Wechselrichter im Stromquellenmodus arbeitet, während die beiden anderen LEDs hier vor allem für den Einsatz bei Batterieladeanwendungen platziert wurden. Die erste zeigt an, dass die Batterie geladen wird, und die zweite informiert den Benutzer, dass die Batterie vollständig geladen ist. Wenn Sie diesen Wechselrichter als Allzweck-Stromversorgung verwenden, hat die LED-Anzeige für das Laden der Batterie die Funktion, den Benutzer darüber zu informieren, dass eine stromverbrauchende Last an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossen ist.
Durch langsames Drehen der Schraube des Mehrgang-Potentiometers neben dem IC im Uhrzeigersinn erhöhen wir allmählich die Ausgangsspannung des Wechselrichters, während das Drehen der Einstellschraube in die entgegengesetzte Richtung diese Spannung senkt. In ähnlicher Weise erhöhen wir durch Drehen der Schraube des zweiten Montagepotentiometers im Uhrzeigersinn den Wert der maximalen Ausgangsstromgrenze, während wir durch Drehen in die entgegengesetzte Richtung diesen Wert verringern. Bevor Sie eine Last an den Ausgang des Wechselrichters anschließen, empfiehlt es sich, zuerst die Ausgangsspannung und dann den maximalen Ausgangsstromwert einzustellen.
Aufbau des XL4015-Moduls - Halbleiter
Auf der Platine des XL4015-Moduls befinden sich mehrere Halbleiterkomponenten, die für die Umsetzung der Spannungsreduzierung und -stabilisierung am Ausgang dieses Wandlers erforderlich sind. Das Herzstück des Moduls ist der XL4015 IC, ein DC/DC-Abwärtswandler, der eine PWM-Steuerung mit einer Frequenz von 180kHz verwendet. Dieser IC zeichnet sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad, ein geringes Eigenrauschen und eine sehr hohe Parameterstabilität am Ausgang aus. Außerdem ermöglicht der interne PWM-Controller eine lineare Einstellung des Füllfaktors des Steuersignals von 0 bis 100%. Der XL4015 IC verfügt außerdem über einen eingebauten Überstromschutz, der die Schaltung vor Kurzschlüssen schützt und im Falle eines Kurzschlusses die PWM-Modulationsfrequenz automatisch auf 48kHz reduziert.
Zu den weiteren Halbleitern auf der Platine des hier gezeigten Moduls gehören ein 78L05-Linearregler, der eine präzise geregelte 5-V-Gleichspannung am Ausgang liefert, ein TL431-Shunt-Regler auf Basis einer Zener-Diode, der eine präzise Referenzspannungsquelle bereitstellt, und ein LM358-Operationsverstärker, der neben einer auf einen Ringkern gewickelten 47uH-Drossel versteckt ist. Außerdem gibt es eine Hochgeschwindigkeits-Schottky-Diode SK54 und zwei Elektrolytkondensatoren 220uF/50V. An der Unterseite der Platine befindet sich ein 50mR-Messwiderstand, der für die Erfassung des Laststroms zuständig ist.
DC/DC-Wandler XL4015 - Anpassung der Ausgangsparameter in einer Beispielanwendung
Bevor wir den Wechselrichter in unserer Anwendung einsetzen, müssen wir die notwendigen Annahmen entsprechend dem Leistungsbedarf unserer Last treffen – egal, ob wir eine einfache Glühbirne oder einen aufwendigen Audioverstärker betreiben wollen. Nehmen wir an, dass wir einen Strom von 1A bei einer Ausgangsspannung von 9VDC benötigen. Schalten Sie zunächst das Modul ein und schließen Sie ein Multimeter, das als Gleichspannungsmessgerät eingestellt ist, an den Ausgang an – stellen Sie das Potentiometer zur Spannungseinstellung auf 9,0 VDC ein. Dann schalten wir das Multimeter auf Gleichstrommessung um und drehen das zweite Einstellpotentiometer, um einen Wert von 1,0A zu erhalten. Jetzt schließen wir die Last an den Ausgang des Wechselrichters an. Beachten Sie, dass das Einstellen eines Potentiometers die Einstellung des anderen Potentiometers leicht beeinflussen kann, aber das ist glücklicherweise kein ernsthaftes Problem. Für einen schnellen Test können wir das Modul verwenden, um eine weiße LED mit einer Leistungsaufnahme von 10 W über ein 12VDC-Labornetzteil mit einem Mindeststromausgang von 2 A zu betreiben. Wir passen die Ausgangsspannung und den Strom entsprechend dem Leistungsbedarf des Zielverbrauchers an.
