構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的升降壓穩(wěn)壓器并在面包板上對(duì)其進(jìn)行測(cè)試

降壓-升壓穩(wěn)壓器使用兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)制成，顧名思義，它由降壓和升壓拓?fù)浣M成。我們已經(jīng)知道，降壓穩(wěn)壓器拓?fù)涮峁┑妮敵鲭妷悍鹊陀谳斎腚妷海龎悍€(wěn)壓器拓?fù)涮峁┑妮敵鲭妷悍雀哂谒峁┑妮斎腚妷骸?/p>

例如，如果您的設(shè)備使用鋰電池供電，那么輸入電壓范圍將在 3.6V 到 4.2V 之間。如果這個(gè)設(shè)備需要兩個(gè)工作電壓3.3V和5V。然后，您需要設(shè)計(jì)一個(gè)升降壓穩(wěn)壓器，將鋰電池的電壓調(diào)節(jié)為 3.3V 和 5V。因此，在本教程中，我們將學(xué)習(xí)如何構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的升降壓穩(wěn)壓器并在面包板上對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，以便于構(gòu)建。該穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)用于 9V 電池，可提供 3.3V 至 12V 的寬輸出電壓，最大輸出電流為 4A。

所需組件

XL6009

10k 預(yù)設(shè)

33uH電感 - 2pcs

1n4007 - 2 個(gè)

SR160 - 1 個(gè)（最大 800mA 輸出）

10uH電感

100uF電容

1000uF電容-2個(gè)

1uF陶瓷或聚酯薄膜電容器

9V電源（電池或適配器）

面包板

面包板的電線。

XL6009 降壓-升壓穩(wěn)壓器 IC

構(gòu)建降壓-升壓電路的方法有很多，為了本教程，我們將使用著名的 XL6009 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC。我們之所以選擇這款 IC，是因?yàn)樗子谑褂们覍?duì)初學(xué)者友好。您還可以查看有關(guān)如何選擇開關(guān)穩(wěn)壓器 IC的文章，以幫助您為您的開關(guān)設(shè)計(jì)選擇其他穩(wěn)壓器。

主要元件是開關(guān)穩(wěn)壓器XL6009。XL6009的管腳和規(guī)格如下圖所示。

金屬片在內(nèi)部與 XL6009 驅(qū)動(dòng)器 ic 的 Switching 引腳相連。引腳說(shuō)明也在上表中給出。XL6009 IC的重要技術(shù)規(guī)格如下

特征

5V 至 32V 寬輸入電壓范圍

使用單個(gè)反饋引腳進(jìn)行正或負(fù)輸出電壓編程

電流模式控制提供出色的瞬態(tài)響應(yīng)

1.25V參考可調(diào)版本

固定 400KHz 開關(guān)頻率

最大 4A 開關(guān)電流

SW PIN 內(nèi)置過壓保護(hù)

出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)

EN PIN TTL 關(guān)斷能力

內(nèi)部?jī)?yōu)化功率 MOSFET

效率高達(dá) 94%

內(nèi)置頻率補(bǔ)償

內(nèi)置軟啟動(dòng)功能

內(nèi)置熱關(guān)斷功能

內(nèi)置限流功能

提供 TO263-5L 封裝

上述規(guī)格表顯示此驅(qū)動(dòng)器 IC 的最小輸入電壓為 5V，最大為 32 V。此外，由于開關(guān)頻率為 400 kHz，因此可以使用更小的電感器進(jìn)行開關(guān)相關(guān)用途。此外，驅(qū)動(dòng)IC支持最大4A的輸出電流，可以很好地覆蓋許多高額定電流相關(guān)的應(yīng)用。

使用XL6009的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器電路

完整的升降壓轉(zhuǎn)換器電路圖如下圖所示。

對(duì)于任何開關(guān)穩(wěn)壓器，電感器和電容器是主要部件。電感器和電容器在電路中的位置對(duì)于在開關(guān)狀態(tài)下為負(fù)載提供所需的功率非常重要。在這種情況下，使用了兩個(gè)電感器（l1 和 L4），它們將在此開關(guān)電路中分別支持降壓和升壓功能。L1 的 33uH 電感器是負(fù)責(zé)降壓模式操作的電感器，而電感器 L2 用于升壓模式電感器。在這里，我使用鐵氧體磁芯和漆包銅線纏繞了自己的電感器。如果您不熟悉制作自己的電感器，可以查看這篇關(guān)于電感器和電感器線圈設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)的文章開始。構(gòu)建電感器后，您可以使用 LCD 儀表檢查其值，或者如果您沒有 LCR 儀表，則可以使用示波器使用諧振頻率方法 查找電感器值。

輸入電容器 C1 和 C2 用于過濾來(lái)自外部電池或電源的瞬變和紋波。電容C3，1uF，100V用于隔離這兩個(gè)電感。有一個(gè)肖特基二極管 SR160，它是一個(gè) 60V 的 1 安培二極管，用于將開關(guān)頻率周期轉(zhuǎn)換為直流電，而電容器 1000uF，35V 是用于過濾二極管輸出的濾波電容器。

由于反饋閾值電壓為 1.25V，因此可以根據(jù)該反饋電壓設(shè)置分壓器來(lái)配置實(shí)際輸出。對(duì)于我們的電路，我們使用了一個(gè)電位器 （R1） 和一個(gè)電阻器 （R2） 來(lái)提供反饋電壓。

R1 是一個(gè)可變電阻，用于設(shè)置輸出電壓。R1 和 R2 形成一個(gè)分壓器，為驅(qū)動(dòng)器 IC XL6009 提供反饋。10uH電感L4和100uF電容C3用作LC濾波器。

Buck-Boost 轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和工作

除電感器外，所有組件都應(yīng)該很容易獲得。XL6009 IC 對(duì)面包板不友好。因此，我使用虛線板將 XL6009 的引腳連接到公頭引腳，如下所示。

如前所述構(gòu)建電感器并創(chuàng)建電路。我使用面包板使事情變得簡(jiǎn)單，但建議使用性能板。一旦完成我在面包板上的電路看起來(lái)像這樣。

當(dāng)輸入電壓高于設(shè)定的輸出電壓時(shí)，電感器充電并抵抗電流路徑的任何變化。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感通過電容C3提供充電電流，最后分別由肖特基二極管和電容C4整流平滑。驅(qū)動(dòng)器通過分壓器檢查輸出電壓，并根據(jù)反饋電路輸出跳過開關(guān)周期以同步輸出電壓。

當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓并且電感器 L2 充電并在關(guān)斷條件下提供負(fù)載電流時(shí)，在升壓模式下也會(huì)發(fā)生同樣的事情。

XL6009升降壓轉(zhuǎn)換器電路測(cè)試

該電路在面包板上進(jìn)行了測(cè)試。請(qǐng)注意，我們?cè)诿姘迳蠘?gòu)建電路僅用于測(cè)試目的，在面包板上加載電路時(shí)不應(yīng)超過 1.5A。對(duì)于更高電流的應(yīng)用，強(qiáng)烈建議將您的電路焊接在穿孔板上。

為電路供電，您可以使用 9V 電池，但我使用的是設(shè)置為 9V 的臺(tái)式電源。

使用電位器可將輸出電壓設(shè)置為 3.3V 至 12V。從技術(shù)上講，該電路可設(shè)計(jì)用于高達(dá) 4A 的高輸出電流。但是，由于輸出二極管的限制，電路沒有滿載測(cè)試。輸出負(fù)載設(shè)置為大約 700-800mA 的電流值。如果需要，您可以更改輸出二極管以增加輸出電流。

為了測(cè)試我們的電源電路，我們使用了萬(wàn)用表來(lái)監(jiān)控輸出電壓，對(duì)于負(fù)載，我們使用了類似于我們之前構(gòu)建的直流電子負(fù)載。如果您沒有電子負(fù)載，您可以使用您選擇的任何負(fù)載并使用萬(wàn)用表監(jiān)控電流。本頁(yè)底部提供了完整的測(cè)試視頻。

還注意到輸出電壓在 +/-5% 范圍內(nèi)波動(dòng)。這是由于電感器的高 DCR 值和 XL6009 中的散熱器不可用。足夠的散熱器和適當(dāng)?shù)慕M件對(duì)于穩(wěn)定的輸出很有用?？傮w而言，該電路運(yùn)行良好，性能令人滿意。

審核編輯 黃昊宇