Beschreibung
Dieser einstellbare Aufwärts-Spannungsregler (Step-Up) erzeugt höhere Ausgangsspannungen (zwischen 2 V und 5.25 V) aus Eingangsspannungen ab 0.5 V und schaltet außerdem automatisch in einen linearen Abwärtsregelmodus, wenn die Eingangsspannung die Ausgangsspannung übersteigt. Dadurch eignet er sich hervorragend zur Versorgung von Elektronikprojekten aus 1 bis 3 NiMH-, NiCd- oder Alkaline-Zellen oder aus einer einzelnen Lithium-Ionen-Zelle. Im Gegensatz zu den meisten Aufwärtsreglern bietet dieses Modul außerdem eine echte Abschaltfunktion, die die Stromversorgung der Last trennt (bei typischen Aufwärtsreglern wird die Eingangsspannung im deaktivierten Zustand direkt zum Ausgang durchgeleitet).
Im Aufwärtsbetrieb arbeitet dieses Modul als Schaltregler (auch Schaltnetzteil (SMPS) oder DC/DC-Wandler genannt) und hat einen typischen Wirkungsgrad zwischen 70% und 90%. Der verfügbare Ausgangsstrom hängt von Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Wirkungsgrad ab (siehe Abschnitt „Typischer Wirkungsgrad und Ausgangsstrom“ unten), der Eingangsstrom kann jedoch typischerweise bis zu 1.2 A betragen. Dieser Regler ist auch mit fester Ausgangsspannung von 3.3 V oder fester Ausgangsspannung von 5 V erhältlich.
Die thermische Abschaltung des Reglers greift bei etwa 140°C und hilft, Schäden durch Überhitzung zu vermeiden; einen Kurzschluss- oder Verpolungsschutz hat er jedoch nicht.
Merkmale:
- Eingangsspannung: 0.5 V bis 5.5 V
- Einstellbare Ausgangsspannung von 2 V bis 5.25 V
- Echte Abschaltoption, die die Versorgung der Last abschaltet
- Automatische lineare Abwärtsregelung, wenn die Eingangsspannung größer als die Ausgangsspannung ist
- 1.2 A Schalter ermöglicht Eingangsströme bis 1.2 A
- Guter Wirkungsgrad bei geringer Last: typischer Ruhestrom ohne Last <1 mA, bei sehr niedrigen Eingangsspannungen kann er jedoch 1 mA überschreiten (typischer Ruhestrom <100 µA bei SHDN = LOW)
- Integrierte Übertemperaturabschaltung
- Geringe Größe: 0.45″ × 0.6″; × 0.1″ (12 × 15 × 3 mm)
Verwendung des Reglers:
Anschlüsse
Der Boost-Regler hat vier Anschlüsse: Shutdown (SHDN), Eingangsspannung (VIN), Masse (GND) und Ausgangsspannung (VOUT).
SHDN kann auf Low (typischerweise unter 0.4 V) gezogen werden, um den Regler abzuschalten und die Versorgung der Last zu trennen (im Gegensatz zu den meisten Boost-Reglern wird die Eingangsspannung bei deaktiviertem Board nicht zum Ausgang durchgereicht). Dieser Pin ist intern über einen 100 kΩ Widerstand auf VIN hochgezogen, sodass er unbeschaltet bleiben oder direkt mit VIN verbunden werden kann, wenn Sie die Abschaltfunktion nicht benötigen. Die Abschaltschwelle hängt wie folgt von der Eingangsspannung ab:
- Bei VIN < 0.8 V muss die SHDN-Spannung unter 0.1×VIN liegen, um den Regler zu deaktivieren, und über 0.9×VIN, um ihn zu aktivieren.
- Bei 0.8 V ≤ VIN ≤ 1.5 V muss die SHDN-Spannung unter 0.2×VIN liegen, um den Regler zu deaktivieren, und über 0.8×VIN, um ihn zu aktivieren.
- Bei VIN > 1.5 V muss die SHDN-Spannung unter 0.4 V liegen, um den Regler zu deaktivieren, und über 1.2 V, um ihn zu aktivieren.
Die Eingangsspannung VIN muss mindestens 0.5 V betragen, damit sich der Regler einschaltet. Sobald der Regler jedoch eingeschaltet ist, kann die Eingangsspannung bis auf 0.3 V sinken, und die eingestellte Ausgangsspannung wird an VOUT weiterhin gehalten. Im Gegensatz zu üblichen Aufwärtsreglern verfügt dieser Regler über einen zusätzlichen linearen Abwärtsregelmodus, mit dem er Eingangsspannungen bis 5.5 V bei kleinen bis mittleren Lasten in niedrigere Ausgangsspannungen umwandeln kann (in unseren Tests konnte dieser Regler beispielsweise 300 mA liefern, während er eine Eingangsspannung von 5.5 V auf 1.8 V herunterregelte). Übersteigt die Eingangsspannung die Ausgangsspannung, schaltet der Regler automatisch in diesen Abwärtsregelmodus. Die Eingangsspannung sollte 5.5 V nicht überschreiten. Achten Sie auf zerstörerische LC-Spannungsspitzen, durch die die Eingangsspannung 5.5 V überschreiten kann (weitere Informationen siehe unten).
Die vier Anschlüsse sind auf der Rückseite der Leiterplatte beschriftet und entlang der Platinenkante im Abstand von 0.1″ angeordnet – kompatibel mit lötfreien Breadboards, Steckverbindern und anderen Prototyping-Aufbauten im 0.1″-Raster. Sie können Drähte direkt an das Board löten oder wahlweise die mitgelieferte gerade 4×1-Stiftleiste oder die gewinkelte 4×1-Stiftleiste einlöten.
Einstellen der Ausgangsspannung:
Die Ausgangsspannung kann mit einem Multimeter und einer geringen Last (z. B. einem 1 kΩ Widerstand) eingestellt werden. Durch Drehen des Potentiometers im Uhrzeigersinn wird die Ausgangsspannung erhöht. Die Ausgangsspannung kann durch einen Schraubendreher, der das Potentiometer berührt, beeinflusst werden; die Messung sollte daher erfolgen, während nichts das Potentiometer berührt (beachten Sie außerdem, dass das Berühren von Teilen der Platine mit dem Finger die Ausgangsspannung beeinflussen kann). Das folgende Diagramm zeigt die ungefähre Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Potentiometerstellung:
Einstellungen der Ausgangsspannung des einstellbaren Pololu Step-Up-Spannungsreglers U1V11A.
Bitte beachten Sie, dass die Ausgangsspannung am unteren Ende des Potentiometerbereichs unter 2 V und am oberen Ende über 5.25 V eingestellt werden kann. Dies sollte den Regler zwar nicht beschädigen, er arbeitet jedoch möglicherweise nicht zuverlässig oder sein Ausgang kann instabil werden, wenn die Ausgangsspannung außerhalb des empfohlenen Bereichs von 2 V bis 5.25 V liegt. Außerdem hat das Potentiometer keine mechanischen Endanschläge, d. h. der Schleifer kann um 360 Grad gedreht werden und in einen ungültigen Bereich gelangen, in dem die Ausgangsspannung instabil ist.
Typischer Wirkungsgrad und Ausgangsstrom:
Der Wirkungsgrad eines Spannungsreglers, definiert als (Ausgangsleistung)/(Eingangsleistung), ist ein wichtiges Maß für seine Leistungsfähigkeit, insbesondere wenn Akkulaufzeit oder Wärmeentwicklung eine Rolle spielen. Wie in den folgenden Diagrammen gezeigt, hat dieser Schaltregler typischerweise einen Wirkungsgrad von 70 bis 90%.
Der maximal erreichbare Ausgangsstrom ist annähernd proportional zum Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsspannung. Überschreitet der Eingangsstrom die Schalterstrombegrenzung (typischerweise zwischen 1.2 und 1.5 A), beginnt die Ausgangsspannung zu sinken. Zudem kann der maximale Ausgangsstrom von weiteren Faktoren wie Umgebungstemperatur, Luftstrom und Kühlung abhängen.
LC-Spannungsspitzen:
Beim Anlegen einer Spannung an elektronische Schaltungen kann der anfängliche Stromstoß schädliche Spannungsspitzen verursachen, die deutlich über der Eingangsspannung liegen. In Tests mit typischen Stromleitungen (~30″ Prüfklemmen) verursachten Eingangsspannungen über 4.5 V Spannungsspitzen, die den Regler beschädigen könnten. Sie können solche Spitzen unterdrücken, indem Sie nahe am Regler einen Elektrolytkondensator mit 33 µF oder mehr zwischen VIN und GND einlöten.
Weitere Informationen zu LC-Spannungsspitzen finden Sie in der Application Note Understanding Destructive LC Voltage Spikes.
Technische Daten:
Abmessungen
- Größe: 0.45″ × 0.6″ × 0.1″1
- Gewicht: 0.7 g1
Allgemeine Daten
- Minimale Betriebsspannung: 0.5 V
- Maximale Betriebsspannung: 5.5 V
- Maximaler Eingangsstrom: 1.2 A2
- Minimale Ausgangsspannung: 2 V
- Maximale Ausgangsspannung: 5.25 V
- Verpolungsschutz?: N
- Maximaler Ruhestrom: 4 mA3
Hinweise:
- 1. Ohne beiliegende optionale Header.
- 2. Der Regler kann bei niedrigeren Eingangsströmen überhitzen, wenn VIN deutlich unter VOUT liegt. Der verfügbare Ausgangsstrom hängt von VIN, VOUT und dem Wirkungsgrad des Reglers ab.
- 3. Die höchsten Ruheströme treten bei sehr niedrigen Eingangsspannungen auf; im größten Teil des Eingangsspannungsbereichs liegt der Ruhestrom deutlich unter 1 mA.
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