Çalışma: XL4015 Buck Converter

Bu çalışma içerisinde kısaca XL4015 isimli entegrenin özelliklerinden bahsedip, entegre için kendi oluşturmuş olduğum baskı devre kartı (PCB) dizaynını paylaşacağım.

Piyasadaki buck-converter örneklerine baktığımızda dünya çapında gerek hobi elektroniği, gerek profesyonel çalışmalarda sıklıkla kullanılan bir entegre olarak XL4015 oldukça göz önünde bulunan bir komponenttir. Tek başına entegre olarak satılmasından çok, modül haliyle tüm discrete devre elemanları ile birlikte bir PCB'ye dizili halde satılmaktadır. XLSEMI isimli Çinli bir yarı iletken firması tarafından üretilmektedir.

 

Datasheet bilgilerine baktığımızda 5A 180kHz 36V Buck DC to DC Converter başlığı altında tanıtıldığı görülmektedir. Yalnızca buradaki bilgilerden yola çıkarak maksimum 5 amper değerindeki bir yükü sürebildiği, 180kHz frekansında anahtarlama yaptığı ve 36V'a kadar giriş gerilimi uygulanabildiği anlaşılabilmektedir. Bir converter denilebildiği gibi ayrıca anahtarlamalı bir voltaj regülatörü olduğunu da söylemek doğrudur.

Ayrıca aynı seride XL4016 gibi 8A değerine sahip olan bir üst modeli de satılmaktadır. Ancak gerektirdiği harici komponentlerin değerlerinin daha yüksek olmasını gerektirdiğinden maliyet ve hacim bazında sayılar yükselmektedir.

Önemli teknik özellikleri:

• 8V ile 36V arasında giriş gerilimi
• 1.25V ile 32V arasında ayarlanabilir çıkış gerilimi
• Minimum 0.3V gerilim düşümü
• 180kHz anahtarlama frekansı
• Gömülü termal shutdown fonksiyonu
• Gömülü akım sınırlama fonksiyonu

Aşağıdaki video içerisindeki sonuçlara bakarak yük altında nasıl davrandığı ve termal görüntüsü hakkındaki içeriği incelemek faydalı olacaktır:

 

Datasheet dokümanından edindiğim bilgilere göre oluşturduğum devrenin şeması aşağıdaki görüntüde bulunmaktadır. Şema içerisinde öncelikle giriş için low ve high pass filtre kondansatörleri gelirken devamında entegrenin kendisi gelmektedir. Entegrenin çıkışında, anahtarın kapandığındaki durum için endüktans akımına dönüş yolu olarak sağlanan schottky sınıfında bir catch (flyback) diyotu ve enerji depolama elemanı olan endüktans bulunmaktadır. Bu diyot ve endüktans ikilisi her buck converter için mutlak olarak bulunması gerektiğini bildiğimiz iki elemandır. Devrenin çıkışında ise yine filtreleme kondansatörlerinden sonra feedback hattını oluşturan ve bu sayede çıkıştan alınan referansa bağlı olarak ayarlanabilir bir çıkış gerilimine olanak sağlayan bir adet trimpot ve bir adet direnç bulunmaktadır.

Şekil 1. XL4015 Şeması

Şekil 2. XL4015 Baskı devre kartı dizaynı

Dizaynın finalizasyonu için oluşturmuş olduğum Fusion360 render görüntüsü alttaki resimde görülmektedir:

 

Şekil 3. Tasarlamış olduğum XL4015 buck converter modülü