用單一的電池來驅(qū)動5V負載,使用一個1.2A-96%的高效直流升壓轉(zhuǎn)換器方案

單電池電池(如鋰離子/聚合物)的額定電壓低于5V,不適合于5V邏輯應(yīng)用(如為您的阿爾杜諾板供電)。此外,電池電壓隨時間的使用而下降.第一個解決方案可能是使用一個簡單的LDO(低降線性調(diào)節(jié)器)或一個巴克/提升轉(zhuǎn)換器。使用LDO的問題是,LDO適合于在低于?電池的 電壓(如3.3伏)。同樣地,一個巴克變換器是適合建立一個較低的電壓.解決的辦法似乎是使用直流-直流提升轉(zhuǎn)換器,然而,當輸入和輸出之間的電壓差很低,而電流處理,板尺寸和效率問題,一個簡單的提升轉(zhuǎn)換器不會解決這個問題。

組件制造商試圖通過引入專門設(shè)計用于此類應(yīng)用的組件來解決這個問題。我在下面的文章中使用了一個微小的SOT23-6MP3120芯片設(shè)計了一個0.8V-5V到5V的DC-DC轉(zhuǎn)換器。該變換器的開關(guān)頻率固定在1.1MHZ,因此應(yīng)遵循若干設(shè)計要求,以保證電路的穩(wěn)定運行。該芯片的效率被評為高達96%,這是一個有趣的數(shù)字,如此高的開關(guān)頻率。

電路分析

圖1顯示了設(shè)備的示意圖。很明顯,電路的核心是MP3120芯片,它能很好地容忍5V輸入電壓,輸出也是5V。芯片不需要任何外部肖特基二極管,以降低電路板布局的復(fù)雜性。

圖1:MP3120直流至直流轉(zhuǎn)換器示意圖

根據(jù)MP3120數(shù)據(jù)表 1:"MP3120是一種高效率的同步電流模式升幅轉(zhuǎn)換器。該設(shè)備可以將單電池或雙電池AA電池提升到5V。MP3120可以從低到0.8V的輸入電壓啟動,并提供快速電流限制和輸出短路保護。集成的P通道同步整流開關(guān)提供了更高的效率,消除了對外部肖特基二極管的需求。當en較低時,p-Mos將斷開輸出與輸入的連接。此輸出斷開功能允許輸出完全放電,從而允許零件在關(guān)閉模式下提取不到1UA的電流。1.1MHZ開關(guān)頻率允許較小的外部組件;內(nèi)部補償和軟啟動最小化外部組件計數(shù);所有這些都有助于為廣泛的負載電流產(chǎn)生一個緊湊的解決方案。

MP3120的特點是集成電力MOSFET,支持最多5V輸出和典型1.2A開關(guān)電流。該裝置還可以保持輸出電壓調(diào)節(jié),即使輸入電壓高于輸出電壓。"

制造商已經(jīng)計算并公布了3.3伏輸出電壓的效率圖(圖2)。當輸入電壓為3V(紅色曲線),輸出電流在500MA左右時,芯片的性能最好。自然,接近最大輸出電流,效率下降.當輸入電壓高于輸出電壓時,記錄到的性能最差,這證實了該芯片的設(shè)計是為了有效地提升電池,而不是一個巴克轉(zhuǎn)換器。

圖2:MP3120效率圖(產(chǎn)出:3.3V)

C2和C3是降低輸入噪聲和穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器的旁路電容器。R1和C1建立一個RC緩沖電壓,以保護IC1的內(nèi)部MOSFET。C1、C5和C5是輸出電容器,以減少噪音和穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器。C2應(yīng)盡可能靠近芯片。R3和R5以及反饋電阻。D1是一個0805LED顯示在輸出電壓正確的存在.

多氯聯(lián)苯布局

圖3顯示了設(shè)計的電路板布局。這是一個兩層的電路板。我把電路板的底部層正好放在地上。上層的一些部分也被地面覆蓋.重要的多氯聯(lián)苯網(wǎng)(特別是那些攜帶大電流或連接長度應(yīng)該最小的網(wǎng))是用銅平面連接的,而不是多氯聯(lián)苯軌道。這種技術(shù)使開關(guān)電流更容易地流動,從而減少了電磁干擾和輸出噪聲。

圖3:MP3120直流至直流轉(zhuǎn)換器的電路板布局

我在關(guān)鍵區(qū)域放置了一些通道(例如電容器的地釘),以減少地面道路的長度,并盡量減少噪音/提高穩(wěn)定性。電感器應(yīng)盡可能靠近Vc銷,輸出電容器應(yīng)盡可能靠近外銷(特別是C1)。輸入和輸出端子應(yīng)該和我在這個設(shè)計中所遵循的那樣,放在電路板的同一個邊緣上。您只需要焊接一個2針2.5mm男性頭輸入和相同頭輸出輸出。

圖4顯示了電路板的三維視圖。如果你有計劃為你自己建立一個,你可以從這個鏈接下載戈伯和nc2997文件 2 在參考資料部分。圖5顯示了設(shè)備的接線圖。

圖4:MP3120直流轉(zhuǎn)換電路板的三維視圖

圖5:電路板布線圖