單電池升壓變換器電路采用鈕扣電池- 5V輸出

時間：2024-12-11 20:10:03

關鍵字：電池物聯(lián)網(wǎng) 傳感器升壓轉換器

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[導讀]電池是便攜式電子設備最常用的能源。無論是簡單的鬧鐘、物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點還是復雜的手機，一切都是由電池供電的。在大多數(shù)情況下，這些便攜式設備需要有一個小的外形因素(封裝尺寸)，因此它是由一個單芯電池供電，像流行的CR2032鋰電池或其他3.7V鋰聚合物或18650電池。這些電池因其尺寸而具有高能量，但這些電池的一個共同缺點是其工作電壓。一個典型的鋰電池具有3.7V的標稱電壓，但這個電壓可以下降到低至2.8V時，完全排干和高達4.2V時，完全充電，這不是我們的電子設計非常理想的工作與調(diào)節(jié)3.3V或5V作為工作電壓。

電池是便攜式電子設備最常用的能源。無論是簡單的鬧鐘、物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點還是復雜的手機，一切都是由電池供電的。在大多數(shù)情況下，這些便攜式設備需要有一個小的外形因素(封裝尺寸)，因此它是由一個單芯電池供電，像流行的CR2032鋰電池或其他3.7V鋰聚合物或18650電池。這些電池因其尺寸而具有高能量，但這些電池的一個共同缺點是其工作電壓。一個典型的鋰電池具有3.7V的標稱電壓，但這個電壓可以下降到低至2.8V時，完全排干和高達4.2V時，完全充電，這不是我們的電子設計非常理想的工作與調(diào)節(jié)3.3V或5V作為工作電壓。

這就需要一個升壓轉換器，它可以將這個可變的2.8V到4.2V作為輸入電壓，并將其調(diào)節(jié)到恒定的3.3V或5V。值得慶幸的是，雖然存在一個名為BL8530的IC，它與非常少的外部組件完全相同。因此，在這個項目中，我們將構建一個低成本的5V升壓電路，從CR2032鈕扣電池提供5V的恒定調(diào)節(jié)輸出電壓;我們還將為這個升壓轉換器設計一個緊湊的PCB，以便它可以在我們未來的所有便攜式項目中使用。升壓轉換器的最大輸出電流為200mA，足以為基本微控制器和傳感器供電。這種電路的另一個優(yōu)點是，如果您的項目需要穩(wěn)壓3.3V而不是5V，同樣的電路也可以通過交換一個組件來調(diào)節(jié)3.3V。該電路也可以作為充電寶為小型電路板供電，如Arduino， STM32， MSP430等。我們之前用鋰電池制造了類似的升壓轉換器來給手機充電。

所需的材料

?BL8530-5V升壓IC (SOT89)

?47uH電感器(5mm SMD)

?SS14二極管(SMD)

?1000uF 16V鉭電容(SMD)

?鈕扣電池座

?USB母頭連接器

單單元升壓變換器設計注意事項

單單元升壓轉換器的設計要求將不同于普通升壓轉換器。這是因為這里來自電池(鈕扣電池)的能量被提升為我們的設備工作的輸出電壓。因此，應注意的是，升壓電路利用最大的電池與高效率，以保持設備上電盡可能長時間。在為您的設計選擇升壓IC時，您可以考慮以下四個參數(shù)。你也可以閱讀文章升壓穩(wěn)壓器設計了解更多關于它。

啟動電壓：這是升壓轉換器開始工作所需的電池輸入電壓的最小值。當你打開升壓轉換器時，電池至少應該能夠為你的升壓器工作提供這個啟動電壓。在我們的設計中，所需的啟動電壓為0.8V，低于任何完全放電的鈕扣電池電壓。

保持電壓：一旦設備與您的升壓電路供電，電池電壓將開始下降，因為它正在提供電力。升壓集成電路保持其性能的電壓稱為保持電壓。低于此電壓，IC將停止功能，我們將沒有輸出電壓。注意，保持電壓將始終小于啟動電壓。這是集成電路將需要更多的電壓開始其操作，并在其運行狀態(tài)下，它可以耗盡電池的方式低于。我們電路中的保持電壓為0.7V。

靜態(tài)電流：即使在輸出端沒有負載連接時，我們的升壓電路正在吸收(浪費)的電流量稱為靜態(tài)電流。這個值應該盡可能低，因為我們的IC的靜態(tài)電流值在4uA到7uA之間。如果設備不打算長時間連接到負載，則將此值設置為低或零是非常重要的。

導通電阻：所有升壓轉換電路都將涉及一個開關器件，如MOSFET或其他fet。如果我們使用的是轉換器集成電路，那么該開關器件將嵌入到集成電路中。重要的是，該開關具有非常低的導通電阻。例如，在我們的設計中，IC BL8530具有導通電阻0.4Ω的內(nèi)部開關，這是一個不錯的值。該電阻將根據(jù)通過它的電流(歐姆定律)降低開關上的電壓，從而降低模塊的效率。

有許多方法可以提高電壓，其中一些在我們的充電器電路系列中進行了演示。

線路圖

5V升壓電路的完整電路圖如下所示，原理圖使用EasyEDA繪制。

正如你所看到的，電路需要非常少的組件，因為所有的艱苦工作都是由BL8530 IC拉動的。BL8530 IC有很多版本，這里使用的是“BL8530-50”，其中50代表輸出電壓5V。同樣，IC BL8530-33將具有3.3V的輸出電壓，因此只需更換該IC，我們就可以獲得所需的輸出電壓。市場上有2.5V, 3V, 4.2V， 5V甚至6V版本的IC。在本教程中，我們將重點介紹5V版本。集成電路只需要一個電容器，電感和二極管與它一起工作，讓我們看看如何選擇組件。

元件選擇

電感：該集成電路的電感值可選擇從3uH到1mH。采用高值電感可以提供高輸出電流和高效率。然而，缺點是它需要從電池的高輸入電壓來操作，所以使用高電感值可能不會使升壓電路工作，直到電池完全耗盡。因此，必須在輸出電流和最小輸入電流設計之間進行權衡。這里我使用了47uH的值，因為我需要高輸出電流，如果你的負載電流對你的設計來說更小，你可以減少這個值。為了提高設計效率，選擇ESR值低的電感也很重要。

輸出電容：電容的允許值為47uF ~ 220uF。這個輸出電容的功能是濾波輸出波紋。這個值應該根據(jù)負載的性質(zhì)來決定。如果是感性負載，那么對于微控制器或大多數(shù)傳感器等電阻性負載，建議使用高值電容，低值電容即可工作。使用高值電容的缺點是增加了成本，并且降低了系統(tǒng)運行速度。這里我使用了一個100uF鉭電容，因為鉭電容在紋波控制方面比陶瓷電容更好。

二極管：二極管的唯一考慮是，它應該有一個非常低的電壓降。眾所周知，肖特基二極管具有比普通整流二極管低的正向壓降。因此，我們使用了正向壓降小于0.2V的SS14D SMD二極管。

輸入電容：與輸出電容類似，輸入電容可用于在進入升壓電路之前控制紋波電壓。但在這里，由于我們使用電池作為電壓源，我們不需要輸入電容來進行紋波控制。因為電池本質(zhì)上提供純直流電壓，沒有任何紋波。

其他成分只是輔助成分。電池座用于容納鈕扣電池，并提供UCB端口將USB電纜直接連接到我們的升壓模塊，以便我們可以輕松地為Arduino， ESP8266， ESP32等常見開發(fā)板供電

使用Easy EDA進行PCB設計與制作

現(xiàn)在，鈕扣電池升壓轉換器電路準備好了，是時候讓它制造。由于這里的所有組件都只能在SMD封裝中使用，我不得不為我的電路制造PCB。因此，像往常一樣，我們使用稱為EasyEDA的在線EDA工具來制作PCB，因為它非常方便使用，因為它有很好的足跡集合，并且是開源的。

在設計PCB后，我們可以通過他們的低成本PCB制造服務訂購PCB樣品。他們還提供元件采購服務，在那里他們有大量的電子元件庫存，用戶可以訂購所需的元件以及PCB訂單。

在設計您的電路和PCB時，您也可以將您的電路和PCB設計公開，以便其他用戶可以復制或編輯它們，并可以從您的工作中受益，我們還將此電路的整個電路和PCB布局公開。

您可以通過選擇“圖層”窗口中的圖層來查看PCB的任何圖層(Top, Bottom, Topsilk， Bottom silk等)。最近，他們還引入了一個3D視圖選項，因此您還可以查看多cell電壓測量PCB，使用EasyEDA中的3D視圖按鈕查看制造后的外觀：

計算和訂購樣品在線

完成5V鈕扣電池升壓電路的設計后，您可以通過JLCPCB.com訂購PCB。要從JLCPCB訂購PCB，您需要Gerber文件。要下載PCB的Gerber文件，只需單擊EasyEDA編輯器頁面上的Generate Fabrication File按鈕，然后從那里下載Gerber文件，或者您可以單擊JLCPCB的訂單，如下圖所示。這將重定向到JLCPCB.com，在那里您可以選擇要訂購的PCB數(shù)量，需要多少銅層，PCB厚度，銅重量，甚至PCB顏色，如下圖所示。另一個好消息是，現(xiàn)在您可以從JLCPCB以相同的價格獲得所有彩色pcb。所以我決定讓我的黑色只是為了美觀，你可以選擇你最喜歡的顏色。

點擊JLCPCB按鈕后，它將帶您到JLCPCB網(wǎng)站，在那里您可以以非常低的價格訂購任何顏色的PCB，所有顏色都是2美元。他們的制造時間也非常短，用DHL快遞3-5天的時間是48小時，基本上你會在訂購后一周內(nèi)得到你的pcb。此外，他們還為您的第一次訂單提供20美元的運費折扣。

訂購PCB后，您可以查看PCB的生產(chǎn)進度以及日期和時間。您可以通過進入帳戶頁面并點擊PCB下面的“生產(chǎn)進度”鏈接進行檢查，如下圖所示。

訂購PCB幾天后，我收到了包裝精美的PCB樣品，如下圖所示。