KKM: Step-Up modul s XL6009 (Boost Converter)

Početnik si s Croduinom. Ili s elektronikom? Za oko ti je zapeo određeni modul, ali ne znaš kako ga koristiti? Bez brige, tu je KKM! Kako Koristiti Module (KKM) je serija blog tutorijala e-radionice na kojoj ćeš pronaći sve što ti treba kako bi započeo rad sa svojim omiljenim modulom. Tutorijali obuhvaćaju: tehničke karakteristike, princip rada, upute kako povezati modul s Croduinom te osnovni kod. Sve ostalo prepuštamo tebi na maštu.

Uvod

Vjerujemo da ste do sada zasigurno napravili već nekoliko vlastitih projekata s Croduino pločicom. Za svaki projekt, neovisno koliko kompliciran, morali ste spojiti Croduino s USB kablom kako bi cijeli vaš projekt bio spojen na izvor električne energije i uspješno radio. Vjerovali ili ne, to nije jedini način kako spojiti Croduino s izvorom struje. Pomoću DC-DC pretvarača (točnije Step-Up modula) moguće je spojiti Croduino s baterijom ili izvorom napona manjim od 5V kojih Croduino dobiva preko USB kabla. Kako je to moguće? U nastavku je detaljnije objašnjen sami modul i njegov princip rada.

 
Karakteristike:
• Ulazni napon: 3-32 V
• Izlazni napon: 5-35 V (podesiv)
• Ulazna struja: (max) 10A
• Efikasnost: veće od 94%
• Dimenzije 43 x 21 x 14 mm

Kako radi boost converter?

Step up boost konverter je pretvarač istosmjernog (DC-DC) napona kod kojeg je najvažnija karakteristika ta da je izlazni napon veći od ulaznog. Njime možemo vrlo jednostavno i efikasno povećati napon nekog izvora napajanja na željenu vrijednost. Ovisno o karakteristikama, moguće je povećati ulazni napon za čak 10 puta! Izvor napajanja može biti bilo što, od baterije, solarnog panela, jednosmjernog izvora napajanja, AC/DC pretvornika i sl.

U teoriji se step up konverter sastoji od jednostavnog spoja zavojnice, sklopke, kondenzatora i diode. Slika iznad prikazuje općenitu shemu step up konvertera. Otpornik u ovom slučaju možemo gledati kao neko trošilo tj. opterećenje u strujnom krugu.
 
Zamislimo situaciju kada je sklopka u strujnom krugu otvorena (nije spojena). Kada spojimo izvor napona u strujni krug, struja će proteći kroz zavojnicu koja dio energije pretvori u magnetsku energiju. Isto tako ta struja prolazi kroz diodu koja osigurava ispravan smjer struje i time će doći do kondenzatora koji će se napuniti i trošila kojem je osiguran izvor napona. Zamislimo sada da u strujnom krugu zatvorimo sklopku. Što će se dogoditi? Kondenzator će i dalje ostati napunjen zbog diode koja sprječava da se kondenzator isprazni, no što je sa zavojnicom? Zavojnica je spojena s izvorom napona u kratki spoj te bi nakon nekog vremena pregorjela. To možemo spriječiti tako što vrlo kratko zatvorimo sklopku te ju ponovo otvorimo, dovoljno kratko da ne dođe do kratkog spoja a dovoljno dugo da magnetsko polje ne nestane. Sada će zavojnica dio stvorene magnetske energije pretvoriti natrag u električnu i time „nadodati“ napon u strujnom krugu. Ovim načinom otporniku (trošilu) će biti osiguran izvor električne energije većeg napona nego što je spojen u strujni krug.
 
Ukratko i najjednostavnije objašnjeno, to je osnovni princip rada step up konvertera. Pomoću zavojnice spojene na jednostavan ali pametan način povećavamo napon u strujnom krugu. Što se tiče sklopke, uglavnom se koriste MOSFET-i koji vrlo brzo otvaraju i zatvaraju strujni krug (do 400kHz). Ovaj modul koristi XL6009 regulator koji sadrži MOSFET i oscilator koji generira prekide u MOSFETU. Iz tehničkih karakteristika samog regulatora vidljivo je da efikasnost pretvorbe može dostići vrijednosti i do 94%! To znači da gotovo i nemamo gubitka energije kada koristimo ovaj pretvarač.

Kako povezati?

Povezivanje modula s Croduinom ili bilo kojim trošilom vrlo je jednostavno. Modul sadrži 4 priključnice simbolično nazvane IN+, IN-, OUT+ i OUT-. Na "IN" priključnice je potrebno spojiti izvor napajanja (npr. baterija) na ispravan način gdje se plus (+) baterije treba spojiti na "IN+", a minus (–) baterije na "IN-" priključnicu. "OUT+" i "OUT-" su priključnice izlaznog napona koje možemo spojiti s Croduinom. Potrebno je prije spajanja s Croduinom spojiti multimetar na "OUT+" i "OUT-" te okretanjem malog trimera (mali „vijak“ na plavoj komponenti) namjestiti vrijednost željenog izlaznog napona. Okretanjem u jednom smjeru povećavamo napon a okretanjem u drugom smjeru smanjujemo napon. Za ovaj primjer namjestit ćemo vrijednost izlaznog napona na 7.5V. Spajamo "OUT+" na VIN pin a "OUT-" na jedan GND pin. Nakon toga Croduino će raditi isto kao da smo ga spojili s USB kablom. Slika ispod prikazuje točno spajanje modula.
 

Na isti način možete implementirati ovaj modul u bilo koji projekt koji zahtjeva napon određene vrijednosti koristeći baterije ili bilo koji izvor napona koji je prenizak za vaše potrebe. Zbog visoke efikasnosti i jednostavnosti korištenja vjerujemo da će ovaj modul zasigurno biti koristan u vašim narednim projektima.

Leave a Reply