Régulateur Buck Boost utilisant XL6009 avec tension de sortie réglable de 3,3 V à 12 V

Le régulateur Buck-Boost est fabriqué en utilisant deux topologies différentes, comme son nom l'indique, il se compose à la fois d'une topologie Buck et Boost. Nous savons déjà que la topologie de régulateur Buck fournit une amplitude de tension de sortie inférieure à la tension d'entrée, tandis qu'une topologie de régulateur Boost fournit une amplitude de tension de sortie plus élevée que la tension d'entrée fournie. Nous avons déjà construit un convertisseur Buck 12V à 5V et un circuit convertisseur Boost 3,7V à 5V en utilisant le populaire MC34063. Mais parfois, nous pouvons avoir besoin d'un circuit qui peut à la fois fonctionner comme un régulateur de puissance et un régulateur de suralimentation.

Disons, par exemple, si votre appareil est alimenté par une batterie au lithium, la plage de tension d'entrée sera comprise entre 3,6 V et 4,2 V. Si cet appareil a besoin de deux tensions de fonctionnement 3,3 V et 5 V. Ensuite, vous devez concevoir un régulateur buck-boost qui régulera la tension de cette batterie au lithium en 3,3V et 5V. Donc, dans ce tutoriel, nous allons apprendre à construire un simple régulateur buck-boost et le tester sur une maquette pour la facilité de construction. Ce régulateur est conçu pour fonctionner avec une batterie 9V et peut fournir une large tension de sortie allant de 3,3V à 12V avec un courant de sortie maximum de 4A.

Composants requis

1. Xl6009
2. Préréglage 10k
3. Inducteur 33uH - 2 pièces
4. 1n4007 - 2 pièces
5. SR160 - 1 pc (pour une sortie maximale de 800 mA)
6. Inducteur 10uH
7. Condensateur 100uF
8. Condensateur 1000uF -2pcs
9. Condensateur à film céramique ou polyester 1 uF
10. Source d'alimentation 9V (batterie ou adaptateur)
11. Planche à pain
12. Fils pour planche à pain.

Circuit intégré régulateur Buck-Boost XL6009

Il existe de nombreuses façons de construire un circuit buck-boost, pour les besoins de ce tutoriel, nous utiliserons le célèbre circuit intégré de convertisseur DC / DC XL6009. Nous avons sélectionné ce circuit intégré en raison de sa facilité de disponibilité et de son caractère convivial pour les débutants. Vous pouvez également consulter l'article sur la sélection du circuit intégré de régulateur de commutation pour vous aider dans la sélection d'autres régulateurs pour vos conceptions de commutation.

Le composant principal est le régulateur de commutation XL6009. Le brochage du XL6009 et les spécifications sont indiqués dans l'image ci-dessous.

La languette métallique est connectée en interne avec la broche de commutation du pilote XL6009 ic. La description des broches est également donnée dans le tableau ci-dessus. Les spécifications techniques importantes du XL6009 IC sont données ci-dessous

traits

• Large plage de tension d'entrée de 5 V à 32 V
• Programmation de tension de sortie positive ou négative avec une seule broche de retour
• Le contrôle du mode actuel fournit une excellente réponse transitoire
• Version ajustable de référence 1.25V
• Fréquence de commutation fixe de 400 KHz
• Courant de commutation maximum 4A
• Protection contre les surtensions intégrée SW PIN
• Excellente régulation de ligne et de charge
• FR Capacité d'arrêt du PIN TTL
• Optimisation interne du MOSFET de puissance
• Haute efficacité jusqu'à 94%
• Compensation de fréquence intégrée
• Fonction de démarrage progressif intégrée
• Fonction d'arrêt thermique intégrée
• Fonction de limite de courant intégrée
• Disponible dans l'ensemble TO263-5L

Le tableau de spécifications ci-dessus montre que la tension d'entrée minimale de ce circuit intégré de pilotage est de 5 V et la valeur maximale est de 32 volts. De plus, comme la fréquence de commutation est de 400 kHz, cela ouvre la possibilité d'utiliser des inducteurs plus petits à des fins de commutation. En outre, le circuit intégré du pilote prend en charge un courant de sortie maximal de 4 A, ce qui est idéal pour couvrir de nombreuses applications liées au courant nominal élevé.

Circuit de convertisseur Buck-Boost utilisant XL6009

Le schéma complet du circuit du convertisseur buck-boost est montré dans l'image ci-dessous.

Pour tout régulateur à découpage, l'inductance et le condensateur sont les principaux composants. La position de l'inductance et du condensateur dans le circuit est très essentielle pour fournir la puissance requise à la charge pendant la mise en marche et à l'arrêt. Dans ce cas, deux inducteurs (l1 et L4) sont utilisés qui prendront en charge la fonction d'abaissement et d'amplification individuellement dans ce circuit de commutation. L'inductance 33uH qui est L1, est l'inductance qui est responsable du mode de fonctionnement Buck tandis que l'inductance L2 est utilisée pour l'inductance en mode Boost. Ici, j'ai enroulé mon propre inducteur à l'aide d'un noyau de ferrite et d'un fil de cuivre émaillé. Si vous débutez dans la fabrication de votre propre inducteur, vous pouvez consulter cet article sur les bases de la conception des inducteurs et des bobines d'inductance pour commencer. Une fois que vous avez construit votre inducteur,vous pouvez vérifier sa valeur à l'aide d'un compteur LCD ou si vous n'avez pas de compteur LCR, vous pouvez utiliser votre oscilloscope pour trouver la valeur de l'inducteur en utilisant la méthode de la fréquence de résonance.

Les condensateurs d'entrée, C1 et C2, sont utilisés pour filtrer les transitoires et les ondulations de la batterie externe ou de la source d'alimentation. Le condensateur C3, 1uF, 100V est utilisé pour isoler ces deux inductances. Il existe une diode Schottky SR160 qui est une diode d' un ampère, 60V utilisée pour convertir le cycle de fréquence de commutation en courant continu et le condensateur 1000uF, 35V est le condensateur de filtrage utilisé pour filtrer la sortie de la diode.

Comme la tension de seuil de retour est de 1,25 V, le diviseur de tension peut être réglé en fonction de cette tension de retour pour configurer la sortie réelle. Pour notre circuit, nous avons utilisé un pot (R1) et une résistance (R2) pour fournir la tension de retour.

R1 est une résistance variable utilisée pour régler la tension de sortie. Les R1 et R2 forment un diviseur de tension qui fournit un retour d'information au pilote IC XL6009. L'inductance 10uH L4 et le condensateur C3 100uF sont utilisés comme filtre LC.

Construction et fonctionnement du convertisseur Buck-Boost

À part l'inductance, tous les composants doivent être facilement disponibles. Le CI XL6009 n'est pas compatible avec la maquette. Par conséquent, j'ai utilisé la carte en pointillé pour connecter les broches du XL6009 aux broches d'en-tête mâles comme indiqué ci-dessous.

Construisez l'inducteur comme indiqué précédemment et créez votre circuit. J'ai utilisé une maquette pour simplifier les choses, mais une planche de performance est recommandée. Une fois terminé, mon circuit sur la maquette ressemblait à ceci.

Lorsque la tension d'entrée est supérieure à la tension de sortie définie, l'inductance se charge et résiste à tout changement dans le trajet du courant. Lorsque l'interrupteur s'éteint, l'inductance fournit le courant chargé via le condensateur C3 et finalement redressé et lissé par la diode Schottky et le condensateur C4 respectivement. Le pilote vérifie la tension de sortie par le diviseur de tension et saute le cycle de commutation pour synchroniser la tension de sortie selon la sortie du circuit de rétroaction.

La même chose se produit pendant le mode boost lorsque la tension d'entrée est inférieure à la tension de sortie et que l'inductance L2 se charge et fournit le courant de charge pendant la condition de coupure.

Test du circuit de convertisseur Buck-Boost XL6009

Le circuit est testé dans une maquette. Notez que nous avons construit le circuit sur la carte d'expérimentation uniquement à des fins de test et que vous n'êtes pas censé charger votre circuit pour plus de 1,5 A lorsque vous êtes sur la planche à pain. Pour les applications à courant plus élevé, il est fortement recommandé de souder votre circuit sur une carte de performance.

Pour alimenter le circuit, vous pouvez utiliser une pile 9V mais j'ai utilisé l'alimentation de mon banc qui est réglée à 9V.

La tension de sortie peut être réglée de 3,3 V à 12 V à l'aide du potentiomètre. Techniquement, le circuit peut être conçu pour un courant de sortie élevé jusqu'à 4A. Mais, en raison de la limitation de la diode de sortie, le circuit n'est pas testé à pleine charge. La charge de sortie est réglée sur une valeur décente d'environ 700 à 800 mA de courant. Vous pouvez changer la diode de sortie pour augmenter le courant de sortie si nécessaire.

Pour tester notre circuit d'alimentation, nous avons utilisé un multimètre pour surveiller la tension de sortie et pour la charge, nous avons utilisé la charge électronique CC quelque chose de similaire à ce que nous construisons plus tôt. Si vous n'avez pas de charge électronique, vous pouvez utiliser n'importe quelle charge de votre choix et surveiller le courant à l'aide d'un multimètre. La vidéo de test complète est donnée au bas de cette page.

On remarque également que la tension de sortie fluctue un peu dans une marge de +/- 5%. Cela est dû à la valeur DCR élevée des inducteurs et à l'indisponibilité du dissipateur thermique du XL6009. Un dissipateur thermique adéquat et des composants appropriés peuvent être utiles pour une sortie stable. Dans l'ensemble, le circuit fonctionne assez opérationnel et les performances sont satisfaisantes. Si vous avez des questions, laissez-les dans la section commentaires, vous pouvez également utiliser nos forums pour d'autres questions techniques.