XL4016 — понижающий DC-DC преобразователь (Arduino)

DC-DC преобразователь на основе чипа XL4016 представляет собой бюджетный и мощный модуль с высокой эффективностью (до 96%). XL4016 обладает защитой от короткого замыкания и перегрева, что позволяет автоматически отключать выход в случае превышения рабочей температуры.

Входное напряжение XL4016 составляет от 8 до 40 Вольт, максимальный ток нагрузки может достигать 8 А.

Основные параметры:

• Эффективность преобразования (КПД): до 96%
• Частота переключения: 180 кГц
• Входное напряжение: от 8 до 40 В
• Выходное напряжение: от 1.25 до 36 В (регулируемое)
• Максимальная мощность: до 300 Вт
• Защита: от короткого замыкания, от перегрева, ограничение выходного тока
• Защита от переполюсовки: нет

На базе микроконтроллера LGT8F328 (аналог Atmega328) можно собрать относительно несложную схему управления DC-DC преобразователем на основе чипа XL4016. Схема управления преобразователем позволяет при помощи энкодера менять выходное напряжение от 0 до 25 В (ограничено программно), измерять ток нагрузки, отключать выход преобразователя при превышении значения заданного тока нагрузки.

Информация об установленном выходном напряжении, ток нагрузки  и режимы работы будут выводиться на дисплей OLED 1.3 128×64 (чип драйвера — SH1106  I2C).

Основные параметры преобразователя XL4016 с блоком управления на LGT8F328:

• Входное напряжение от 27 до 30 В
• Выходное напряжение от 0 до 25 В (ограничено программно), шаг регулировки 0,1 В
• Диапазон регулировки зашиты по току от 0 до 3 А, шаг регулировки 0,1 А

Для сборки блока управления Вам понадобятся следующие компоненты:

• Плата разработчика LGT8F328P-LQFP32 MiniEVB, как использовать плату в среде программирования Arduino IDE рассказано в — http://rcl-radio.ru/?p=129966

• Энкодер KY-040

• OLED 1.3″ — OLED-дисплей с контроллером SH1106

Схема

XL4016 необходимо установить на небольшой теплоотвод. Дроссель — намотан на ферритовом кольце диаметром 25-30 мм, проводом 0,8-1 мм, намотка в один слой до заполнения.

Дисплей и управление

1. Регулировка выходного напряжения осуществляется при помощи энкодера, шаг регулировки 0,1 В
2. Измеренный ток нагрузки
3. Максимальный ток нагрузки при котором сработает защита, при срабатывании защиты выходное напряжение преобразователя будет отключено. Для изменения значения тока защиты необходимо нажать на кнопку энкодера.
4. Индикатор режима работы
   1. OVERLOAD — перегрузка, сработала защита
   2. enabled — выход активен
   3. disabled — выход выключен

Для отключения и включения выхода используется кнопка «ON/OFF», соответствующее состояние выхода отображается на дисплее, при КЗ выхода или превышении установленного тока защиты выход преобразователя отключается, для включения выхода необходимо нажать кнопку «ON/OFF».

Установленное значение выходного напряжения и ток защиты сохраняются в энергонезависимой памяти.

#define KALL_U 115
#define KALL_I 1.52
#define KALL_I_0 0.02

#include <Wire.h> 
#include <U8glib.h>            // https://github.com/olikraus/u8glib/
#include <Encoder.h>            // http://rcl-radio.ru/wp-content/uploads/2019/05/Encoder.zip    
#include <EEPROM.h>
#include <MsTimer2.h>           // http://rcl-radio.ru/wp-content/uploads/2018/11/MsTimer2.zip  
Encoder myEnc(6, 5);// DT, CLK
U8GLIB_SH1106_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_DEV_0|U8G_I2C_OPT_FAST);

float u=0, i_alarm=0;
long i_dig,i_sum,i;
int n,m;
bool w,w1,alarm,iu,off;
long times,oldPosition  = -999,newPosition,times0;

void setup() {
  delay(200);
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
  pinMode(7,INPUT);        // SW ENCODER
  pinMode(12,INPUT_PULLUP);// OVERLOAD OFF
  MsTimer2::set(3, to_Timer);MsTimer2::start();
  if(EEPROM.read(100)!=0){for(int i=0;i<101;i++){EEPROM.update(i,0);}}// очистка памяти при первом включении  
  u = float(EEPROM.read(0));i_alarm=float(EEPROM.read(1));
  ADMUX = 0b000;
  ADCSRD |= 1 << REFS2;
  ADCSRA |= 1 << ADEN | 1 << ADSC | 1 << ADATE | 0b111;
  cli();
  // TIMER_1 D9 OUTPUT
  DDRB = 1 << PB1;
  TCCR1A = 0;TCCR1B = 0;
  TCCR1A = 1 << COM1A1 | 1 << WGM11;
  TCCR1B = 1 << WGM13 | 1 << WGM12 | 1 << CS10;
  ICR1 = 5000;
  OCR1A = KALL_U*u/10;
  sei();
}

void loop(){
  while((ADCSRA & (1 << ADIF)) == 0);
  i_dig = (ADCL|ADCH << 8);
  i_sum = i_sum+i_dig;
  n++;if(n>999){n=0;i=i_sum/1000;i_sum=0;w=1;}  

  if(digitalRead(7)==LOW &&iu==0){iu=1;times=millis();w=1;w1=1;delay(200);}
  if(digitalRead(7)==LOW &&iu==1){iu=0;times=millis();w=1;w1=1;delay(200);}

  if(float(i)*KALL_I/1000.0-KALL_I_0>i_alarm/10.0){alarm=1;OCR1A = 0;}
  if(digitalRead(12)==LOW&&alarm==1){alarm=0;OCR1A = KALL_U*u/10;delay(200);}
  if(digitalRead(12)==LOW&&alarm==0 && off==0){off=1;alarm=0;OCR1A = 0;delay(200);}
  if(digitalRead(12)==LOW&&alarm==0 && off==1){off=0;alarm=0;OCR1A = KALL_U*u/10;delay(200);}

  if(iu==0){
  if(newPosition != oldPosition){oldPosition = newPosition;if(newPosition>1){newPosition=1;}if(newPosition<-1){newPosition=-1;}
  u=u+newPosition;myEnc.write(0);newPosition=0;
  if(u<0){u=0;}if(u>250){u=250;}times=millis();if(alarm==0&&off==0){OCR1A = KALL_U*u/10;}w=1;w1=1;}
  }
  if(iu==1){
  if(newPosition != oldPosition){oldPosition = newPosition;if(newPosition>1){newPosition=1;}if(newPosition<-1){newPosition=-1;}
  i_alarm=i_alarm+newPosition;myEnc.write(0);newPosition=0;
  if(i_alarm<0){i_alarm=0;}if(i_alarm>30){i_alarm=30;}times=millis();w=1;w1=1;}
  }
  
  if(w==1){w=0;
  
  u8g.firstPage();  
   do {
  u8g.drawLine(0, 26, 128, 26);u8g.drawLine(0, 53, 128, 53);
  u8g.setFont(u8g_font_profont29r); 
  u8g.drawStr(0,22,"U");u8g.setPrintPos(35, 22);u8g.print(u/10.0,1);u8g.drawStr(110,22,"V");
  u8g.drawStr(0,50,"I");u8g.setPrintPos(35, 50);u8g.print(float(i)*KALL_I/1000.0-KALL_I_0,2);u8g.drawStr(110,50,"A");
  u8g.setFont(u8g_font_profont12r);u8g.setPrintPos(0, 64);u8g.print(i_alarm/10.0,1);
  if(iu==0){u8g.drawStr(25,64,"A ");}else{u8g.drawStr(25,64,"A*");}
  u8g.setPrintPos(60, 64);
  if(alarm==1){u8g.print("OVERLOAD");}
  if(alarm==0&&off==0){u8g.print("enabled ");}
  if(alarm==0&&off==1){u8g.print("disabled");}
  } while( u8g.nextPage() );}
   
 if(millis()-times>3000 && w1==1){EEPROM.update(0,u);EEPROM.update(1,i_alarm);w1=0;w=1;iu=0;myEnc.write(0);} 
  }

void to_Timer(){newPosition = myEnc.read()/4;}  

Блок управления преобразователем нуждается в настройке, настройка сводится к установке калибровочных коэффициентов:

#define KALL_U 115

#define KALL_I 1.52

#define KALL_I_0 0.02

KALL_U — калибровка выходного напряжения — установите на дисплее 20 В, измерьте выходное напряжение, если установленное и измеренное напряжение отличаются более чем на 0,1 В, то подберите значение поправочного коэффициента.

KALL_I — калибровка измерителя тока — производится на уровне 2,5-2,7 А, если измеренное значение тока отличается от фактического, то подберите значение поправочного коэффициента.

KALL_I_0 — калибровка нуля измерителя тока, установить режим disabled, на дисплее появится ток нуля, записать это значение в KALL_I_0.

Форум — http://forum.rcl-radio.ru/viewtopic.php?pid=9378#p9378

XL4016+LCD1602 — http://forum.rcl-radio.ru/viewtopic.php?pid=9417#p9417