Buck-Boostレギュレータは、名前が示すように、2つの異なるトポロジを使用して作成されており、BuckトポロジとBoostトポロジの両方で構成されています。ブーストレギュレータトポロジが提供される入力電圧よりも高い出力電圧を提供するのに対し、バックレギュレータトポロジは入力電圧よりも低い出力電圧を提供することはすでに知っています。人気のMC34063を使用して、12Vから5Vのバックコンバーターと3.7Vから5Vのブーストコンバーター回路をすでに構築しています。しかし、時には、降圧レギュレータとブーストレギュレータの両方として機能できる回路が必要になる場合があります。
たとえば、デバイスがリチウム電池を使用して電力を供給されている場合、入力電圧範囲は3.6V〜4.2Vになります。このデバイスが2つの動作電圧3.3Vと5Vを必要とする場合。次に、このリチウム電池からの電圧を3.3Vと5Vに調整する昇降圧レギュレーターを設計する必要があります。したがって、このチュートリアルでは、単純な昇降圧レギュレーターを構築し、構築を容易にするためにブレッドボードでテストする方法を学習します。このレギュレータは、9Vバッテリで動作するように設計されており、最大出力電流4Aで3.3Vから12Vの範囲の広い出力電圧を提供できます。
必要なコンポーネント
- Xl6009
- 10kプリセット
- 33uHインダクタ-2個
- 1n4007-2個
- SR160-1pc（最大800mA出力の場合）
- 10uHインダクタ
- 100uFコンデンサ
- 1000uFコンデンサ-2個
- 1uFセラミックまたはポリエステルフィルムコンデンサ
- 9V電源（バッテリーまたはアダプター）
- ブレッドボード
- ブレッドボード用ワイヤー。
XL6009昇降圧レギュレータIC
昇降圧回路を構築する方法はたくさんありますが、このチュートリアルでは、有名なXL6009 DC / DCコンバータICを使用します。このICは、入手のしやすさと初心者に優しい性質から選択しました。また、スイッチングレギュレータICの選択方法に関する記事を確認して、スイッチング設計の他のレギュレータの選択に役立てることもできます。
主成分はスイッチングレギュレータXL6009です。XL6009のピン配置と仕様を下の画像に示します。
金属タブは、XL6009ドライバICのスイッチングピンに内部的に接続されています。ピンの説明も上の表に記載されています。XL6009ICの重要な技術仕様を以下に示します。
特徴
- 5V〜32Vの広い入力電圧範囲
- 単一のフィードバックピンを使用した正または負の出力電圧プログラミング
- 電流モード制御は優れた過渡応答を提供します
- 1.25Vリファレンス調整可能バージョン
- 固定400KHzスイッチング周波数
- 最大4Aのスイッチング電流
- SWPIN内蔵過電圧保護
- 優れたラインおよび負荷調整
- EN PINTTLシャットダウン機能
- 内部最適化パワーMOSFET
- 最大94％の高効率
- 内蔵の周波数補償
- 内蔵ソフトスタート機能
- 内蔵サーマルシャットダウン機能
- 内蔵電流制限機能
- TO263-5Lパッケージで利用可能
上記の仕様チャートは、このドライバICの最小入力電圧が5V、最大が32ボルトであることを示しています。また、スイッチング周波数が400 kHzであるため、スイッチング関連の目的でより小さなインダクタを使用する可能性が広がります。また、ドライバICは最大4Aの出力電流をサポートし、多くの高定格電流関連のアプリケーションをカバーするのに最適です。
XL6009を使用したバックブーストコンバータ回路
完全な昇降圧コンバータの回路図を下の画像に示します。
どのスイッチングレギュレータでも、インダクタとコンデンサが主要なコンポーネントです。回路内のインダクタとコンデンサの位置は、スイッチのオンとオフの状態で負荷に必要な電力を供給するために非常に重要です。この場合、このスイッチング回路で個別に降圧および昇圧機能をサポートする2つのインダクタ（l1およびL4）が使用されます。 L1である33uHインダクタは、バックモードの動作を担当するインダクタですが、インダクタL2はブーストモードのインダクタに使用されます。ここでは、フェライトコアとエナメル銅線を使用して独自のインダクタを巻いています。独自のインダクタを作成するのが初めての場合は、インダクタとインダクタコイルの設計の基本に関するこの記事を確認して開始できます。インダクタを構築したら、LCDメーターを使用してその値を確認できます。または、LCRメーターがない場合は、オシロスコープを使用して、共振周波数法を使用してインダクターの値を見つけることができます。
入力コンデンサC1とC2は、外部バッテリまたは電源からのトランジェントとリップルをフィルタリングするために使用されます。コンデンサC3、1uF、100Vは、これら2つのインダクタを絶縁するために使用されます。スイッチング周波数サイクルをDCに変換するために使用される1アンペアの60VダイオードであるショットキーダイオードSR160と、ダイオードからの出力をフィルタリングするために使用されるコンデンサ1000uF、35Vがあります。
フィードバックしきい値電圧は1.25Vなので、このフィードバック電圧に応じて分圧器を設定し、実際の出力を構成することができます。この回路では、フィードバック電圧を提供するためにポット（R1）と抵抗（R2）を使用しました。
R1は、出力電圧を設定するために使用される可変抵抗器です。R1とR2は、ドライバーICXL6009にフィードバックを提供する分圧器を形成します。10uHインダクタL4と100uFコンデンサC3がLCフィルタとして使用されます。
昇降圧コンバータの構造と動作
インダクタ以外のすべてのコンポーネントは簡単に入手できる必要があります。XL6009ICはブレッドボードに対応していません。そのため、以下に示すように、点線のボードを使用してXL6009のピンをオスヘッダーピンに接続しました。
前に説明したようにインダクタを構築し、回路を作成します。私は物事を簡単にするためにブレッドボードを使用しましたが、パフォーマンスボードをお勧めします。ブレッドボード上の私の回路が完了すると、次のようになりました。
入力電圧が設定された出力電圧よりも高い場合、インダクタは充電され、電流経路の変化に抵抗します。スイッチがオフになると、インダクタはC3コンデンサを介して充電電流を供給し、最終的にショットキーダイオードとコンデンサC4によってそれぞれ整流および平滑化されます。ドライバは分圧器によって出力電圧をチェックし、スイッチングサイクルをスキップして、フィードバック回路出力に従って出力電圧を同期します。
入力電圧が出力電圧よりも低く、インダクタL2が充電され、スイッチオフ状態のときに負荷電流を供給するブーストモードでも同じことが起こります。
XL6009バックブーストコンバータ回路のテスト
回路はブレッドボードでテストされます。ブレッドボード上に回路を構築したのはテスト目的のみであり、ブレッドボード上にあるときに1.5Aを超えて回路に負荷をかけることは想定されていないことに注意してください。高電流アプリケーションの場合、回路をパフォーマンスボードにはんだ付けすることを強くお勧めします。
回路に電力を供給するために、9Vバッテリーを使用できますが、私は9Vに設定されたベンチ電源を使用しました。
出力電圧は、ポテンショメータを使用して3.3V〜12Vに設定できます。技術的には、回路は最大4Aの高出力電流用に設計できます。ただし、出力ダイオードの制限により、回路は全負荷でテストされていません。出力負荷は、約700〜800mAの電流の適切な値に設定されます。必要に応じて、出力ダイオードを変更して出力電流を増やすことができます。
電源回路をテストするために、マルチメータを使用して出力電圧を監視し、負荷については、以前に構築したものと同様のDC電子負荷を使用しました。電子負荷がない場合は、任意の負荷を使用し、マルチメータを使用して電流を監視できます。完全なテストビデオは、このページの下部にあります。
また、出力電圧が+/- 5％のマージンで少し変動していることにも注意してください。これは、インダクタのDCR値が高く、XL6009のヒートシンクが使用できないためです。適切なヒートシンクと適切なコンポーネントは、安定した出力に役立ちます。全体として、回路は非常に機能しており、パフォーマンスは満足のいくものです。ご不明な点がございましたら、コメントセクションに残してください。他の技術的な質問については、フォーラムを使用することもできます。