Mạch tăng áp XL6009: từ 3,7 V hoặc 5 V lên 12 V, dòng ra được bao nhiêu, chỉnh áp và lỗi hay gặp

Mạch tăng áp XL6009 hoạt động thế nào, thông số IC và module, cách ước tính dòng ra thực tế khi nâng pin 18650, nguồn USB 5 V, ắc quy 12 V lên 12 V, 24 V, chỉnh áp và lỗi hay gặp.

Khi nguồn có sẵn thấp hơn điện áp thiết bị cần, ví dụ pin 18650 chỉ có 3,7 V mà quạt, dải LED, máy bơm nhỏ cần 12 V, phải dùng mạch tăng áp. Module XL6009 là mạch tăng áp DC-DC phổ biến nhất, chỉnh được điện áp ra từ 5 V đến 35 V. Bài viết giải thích nguyên lý mạch tăng áp, thông số XL6009, cách tính dòng ra thực tế cho từng nguồn (pin 1S, nguồn USB 5 V, pin 2S, ắc quy 12 V), cách chỉnh áp và các lỗi hay gặp.

1. Mạch tăng áp hoạt động thế nào?

• Khóa đóng (400 nghìn lần mỗi giây): cuộn cảm L1 nối thẳng từ nguồn xuống GND, dòng qua cuộn cảm tăng dần, năng lượng tích trong từ trường.
• Khóa mở: cuộn cảm chống lại sự thay đổi dòng, điện áp của nó cộng thêm vào điện áp nguồn, đẩy dòng qua diode D1 nạp vào tụ ra. Điện áp ra vì thế cao hơn điện áp vào.
• Hồi tiếp: R1, R2 chia điện áp ra về chân FB; IC chỉnh thời gian đóng để chân FB luôn khoảng 1,25 V, nên Vout = 1,25 V × (1 + R2 / R1). Trên module, R2 là biến trở đa vòng.

Hệ quả quan trọng: mạch tăng áp không hạ được áp. Khi chỉnh điện áp ra thấp hơn điện áp vào, hoặc khi IC ngừng đóng cắt, ngõ ra vẫn có điện áp vào trừ khoảng 0,3–0,5 V sụt trên diode. Muốn ra điện áp thấp hơn nguồn, dùng mạch hạ áp như LM2596, MP1584.

2. Thông số XL6009 và module

Datasheet ghi điện áp vào từ 5 V; module trong thực tế vẫn chạy được từ khoảng 3–3,5 V (pin 18650), nhưng ở điện áp thấp hiệu suất giảm và dòng ra nhỏ hơn hẳn. Tụ phía vào 220 µF 35 V và tụ phía ra 100 µF 50 V trên module cũng giới hạn điện áp: không cấp vào quá 32 V, không chỉnh ra quá 35 V.

3. Dòng ra thực tế được bao nhiêu?

Con số "2 A liên tục" thường ghi cho module chỉ đúng khi điện áp ra gần điện áp vào. Mạch tăng áp càng nâng nhiều thì dòng ra càng nhỏ, vì dòng qua cuộn cảm và khóa đóng cắt lớn gấp nhiều lần dòng ra. Có thể ước tính dòng ra tối đa bằng hai giới hạn:

• Theo dòng khóa: dòng ra khoảng 4 A × 0,7 × (U vào / U ra) × hiệu suất (lấy 70 % dòng khóa để chừa phần gợn dòng).
• Theo công suất module: dòng ra khoảng 15 W / U ra.

Dòng ra dùng được là số nhỏ hơn trong hai số trên.

Cột cuối cho thấy nguồn vào cũng phải đủ khỏe: cổng USB máy tính chỉ cấp được 0,5–0,9 A, củ sạc điện thoại thường 1–2 A, nên nâng 5 V lên 12 V từ cổng USB chỉ được vài trăm mA. Tải có dòng khởi động lớn (động cơ, máy bơm) cần dư thêm.

4. Ví dụ: nâng pin 18650 lên 12 V

1. Pin 18650 phải đi qua mạch bảo vệ pin có ngắt khi xả cạn. Mạch tăng áp vẫn kéo dòng khi pin đã yếu, nên không có mạch bảo vệ thì pin dễ bị xả kiệt, hỏng pin.
2. Mạch bảo vệ, khay pin và dây nối phải chịu được khoảng 3 A, vì dòng lấy từ pin gấp hơn ba lần dòng ra 12 V.
3. Nối pin vào IN+, IN−, chưa nối tải. Đo OUT+, OUT− và xoay biến trở tới 12 V.
4. Tắt nguồn, nối tải, bật lại và đo lần nữa khi tải đang chạy.

Một pin 18650 dung lượng 2600 mAh cấp tải 12 V dòng 0,3 A được khoảng: 2,6 Ah × 3,7 V × 0,85 / (12 V × 0,3 A) ≈ 2,3 giờ. Cách tính năng lượng pin có trong bài công suất, dung lượng pin mAh và Wh.

5. Cách chỉnh điện áp ra

• Luôn chỉnh khi chưa nối tải, đo bằng đồng hồ vạn năng ở thang điện áp một chiều.
• Biến trở đa vòng: xoay nhiều vòng điện áp mới đổi rõ; tới cuối hành trình biến trở kêu tách nhẹ.
• Điện áp ra thấp nhất bằng điện áp vào trừ sụt áp diode; xoay tiếp cũng không xuống thấp hơn được.
• Đổi nguồn vào (từ pin sang adapter) thì đo lại điện áp ra trước khi nối tải.

6. Lỗi thường gặp

7. Khi nào dùng XL6009, khi nào dùng mạch khác?

8. Xem thêm

• Mô đun pin Li-ion 18650 và khay pin 18650 1S đến 4S.
• Sạc pin Li-ion 1S ở dòng 1 A: chọn pin, thời gian sạc và an toàn.
• Mạch hạ áp LM2596 và MP1584: cách chọn, chỉnh điện áp.
• Diode chống cắm ngược nguồn.
• Bài cùng loạt: LM2596 là gì; chọn mạch hạ áp, tăng áp DC-DC.