单电池升压变换器电路采用钮扣电池- 5V输出

时间：2024-12-11 20:10:03

关键字：电池物联网传感器升压转换器

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[导读]电池是便携式电子设备最常用的能源。无论是简单的闹钟、物联网传感器节点还是复杂的手机，一切都是由电池供电的。在大多数情况下，这些便携式设备需要有一个小的外形因素(封装尺寸)，因此它是由一个单芯电池供电，像流行的CR2032锂电池或其他3.7V锂聚合物或18650电池。这些电池因其尺寸而具有高能量，但这些电池的一个共同缺点是其工作电压。一个典型的锂电池具有3.7V的标称电压，但这个电压可以下降到低至2.8V时，完全排干和高达4.2V时，完全充电，这不是我们的电子设计非常理想的工作与调节3.3V或5V作为工作电压。

电池是便携式电子设备最常用的能源。无论是简单的闹钟、物联网传感器节点还是复杂的手机，一切都是由电池供电的。在大多数情况下，这些便携式设备需要有一个小的外形因素(封装尺寸)，因此它是由一个单芯电池供电，像流行的CR2032锂电池或其他3.7V锂聚合物或18650电池。这些电池因其尺寸而具有高能量，但这些电池的一个共同缺点是其工作电压。一个典型的锂电池具有3.7V的标称电压，但这个电压可以下降到低至2.8V时，完全排干和高达4.2V时，完全充电，这不是我们的电子设计非常理想的工作与调节3.3V或5V作为工作电压。

这就需要一个升压转换器，它可以将这个可变的2.8V到4.2V作为输入电压，并将其调节到恒定的3.3V或5V。值得庆幸的是，虽然存在一个名为BL8530的IC，它与非常少的外部组件完全相同。因此，在这个项目中，我们将构建一个低成本的5V升压电路，从CR2032钮扣电池提供5V的恒定调节输出电压;我们还将为这个升压转换器设计一个紧凑的PCB，以便它可以在我们未来的所有便携式项目中使用。升压转换器的最大输出电流为200mA，足以为基本微控制器和传感器供电。这种电路的另一个优点是，如果您的项目需要稳压3.3V而不是5V，同样的电路也可以通过交换一个组件来调节3.3V。该电路也可以作为充电宝为小型电路板供电，如Arduino， STM32， MSP430等。我们之前用锂电池制造了类似的升压转换器来给手机充电。

所需的材料

•BL8530-5V升压IC (SOT89)

•47uH电感器(5mm SMD)

•SS14二极管(SMD)

•1000uF 16V钽电容(SMD)

•钮扣电池座

•USB母头连接器

单单元升压变换器设计注意事项

单单元升压转换器的设计要求将不同于普通升压转换器。这是因为这里来自电池(钮扣电池)的能量被提升为我们的设备工作的输出电压。因此，应注意的是，升压电路利用最大的电池与高效率，以保持设备上电尽可能长时间。在为您的设计选择升压IC时，您可以考虑以下四个参数。你也可以阅读文章升压稳压器设计了解更多关于它。

启动电压：这是升压转换器开始工作所需的电池输入电压的最小值。当你打开升压转换器时，电池至少应该能够为你的升压器工作提供这个启动电压。在我们的设计中，所需的启动电压为0.8V，低于任何完全放电的钮扣电池电压。

保持电压：一旦设备与您的升压电路供电，电池电压将开始下降，因为它正在提供电力。升压集成电路保持其性能的电压称为保持电压。低于此电压，IC将停止功能，我们将没有输出电压。注意，保持电压将始终小于启动电压。这是集成电路将需要更多的电压开始其操作，并在其运行状态下，它可以耗尽电池的方式低于。我们电路中的保持电压为0.7V。

静态电流：即使在输出端没有负载连接时，我们的升压电路正在吸收(浪费)的电流量称为静态电流。这个值应该尽可能低，因为我们的IC的静态电流值在4uA到7uA之间。如果设备不打算长时间连接到负载，则将此值设置为低或零是非常重要的。

导通电阻：所有升压转换电路都将涉及一个开关器件，如MOSFET或其他fet。如果我们使用的是转换器集成电路，那么该开关器件将嵌入到集成电路中。重要的是，该开关具有非常低的导通电阻。例如，在我们的设计中，IC BL8530具有导通电阻0.4Ω的内部开关，这是一个不错的值。该电阻将根据通过它的电流(欧姆定律)降低开关上的电压，从而降低模块的效率。

有许多方法可以提高电压，其中一些在我们的充电器电路系列中进行了演示。

线路图

5V升压电路的完整电路图如下所示，原理图使用EasyEDA绘制。

正如你所看到的，电路需要非常少的组件，因为所有的艰苦工作都是由BL8530 IC拉动的。BL8530 IC有很多版本，这里使用的是“BL8530-50”，其中50代表输出电压5V。同样，IC BL8530-33将具有3.3V的输出电压，因此只需更换该IC，我们就可以获得所需的输出电压。市场上有2.5V, 3V, 4.2V， 5V甚至6V版本的IC。在本教程中，我们将重点介绍5V版本。集成电路只需要一个电容器，电感和二极管与它一起工作，让我们看看如何选择组件。

元件选择

电感：该集成电路的电感值可选择从3uH到1mH。采用高值电感可以提供高输出电流和高效率。然而，缺点是它需要从电池的高输入电压来操作，所以使用高电感值可能不会使升压电路工作，直到电池完全耗尽。因此，必须在输出电流和最小输入电流设计之间进行权衡。这里我使用了47uH的值，因为我需要高输出电流，如果你的负载电流对你的设计来说更小，你可以减少这个值。为了提高设计效率，选择ESR值低的电感也很重要。

输出电容：电容的允许值为47uF ~ 220uF。这个输出电容的功能是滤波输出波纹。这个值应该根据负载的性质来决定。如果是感性负载，那么对于微控制器或大多数传感器等电阻性负载，建议使用高值电容，低值电容即可工作。使用高值电容的缺点是增加了成本，并且降低了系统运行速度。这里我使用了一个100uF钽电容，因为钽电容在纹波控制方面比陶瓷电容更好。

二极管：二极管的唯一考虑是，它应该有一个非常低的电压降。众所周知，肖特基二极管具有比普通整流二极管低的正向压降。因此，我们使用了正向压降小于0.2V的SS14D SMD二极管。

输入电容：与输出电容类似，输入电容可用于在进入升压电路之前控制纹波电压。但在这里，由于我们使用电池作为电压源，我们不需要输入电容来进行纹波控制。因为电池本质上提供纯直流电压，没有任何纹波。

其他成分只是辅助成分。电池座用于容纳钮扣电池，并提供UCB端口将USB电缆直接连接到我们的升压模块，以便我们可以轻松地为Arduino， ESP8266， ESP32等常见开发板供电

使用Easy EDA进行PCB设计与制作

现在，钮扣电池升压转换器电路准备好了，是时候让它制造。由于这里的所有组件都只能在SMD封装中使用，我不得不为我的电路制造PCB。因此，像往常一样，我们使用称为EasyEDA的在线EDA工具来制作PCB，因为它非常方便使用，因为它有很好的足迹集合，并且是开源的。

在设计PCB后，我们可以通过他们的低成本PCB制造服务订购PCB样品。他们还提供元件采购服务，在那里他们有大量的电子元件库存，用户可以订购所需的元件以及PCB订单。

在设计您的电路和PCB时，您也可以将您的电路和PCB设计公开，以便其他用户可以复制或编辑它们，并可以从您的工作中受益，我们还将此电路的整个电路和PCB布局公开。

您可以通过选择“图层”窗口中的图层来查看PCB的任何图层(Top, Bottom, Topsilk， Bottom silk等)。最近，他们还引入了一个3D视图选项，因此您还可以查看多cell电压测量PCB，使用EasyEDA中的3D视图按钮查看制造后的外观：

计算和订购样品在线

完成5V钮扣电池升压电路的设计后，您可以通过JLCPCB.com订购PCB。要从JLCPCB订购PCB，您需要Gerber文件。要下载PCB的Gerber文件，只需单击EasyEDA编辑器页面上的Generate Fabrication File按钮，然后从那里下载Gerber文件，或者您可以单击JLCPCB的订单，如下图所示。这将重定向到JLCPCB.com，在那里您可以选择要订购的PCB数量，需要多少铜层，PCB厚度，铜重量，甚至PCB颜色，如下图所示。另一个好消息是，现在您可以从JLCPCB以相同的价格获得所有彩色pcb。所以我决定让我的黑色只是为了美观，你可以选择你最喜欢的颜色。

点击JLCPCB按钮后，它将带您到JLCPCB网站，在那里您可以以非常低的价格订购任何颜色的PCB，所有颜色都是2美元。他们的制造时间也非常短，用DHL快递3-5天的时间是48小时，基本上你会在订购后一周内得到你的pcb。此外，他们还为您的第一次订单提供20美元的运费折扣。

订购PCB后，您可以查看PCB的生产进度以及日期和时间。您可以通过进入帐户页面并点击PCB下面的“生产进度”链接进行检查，如下图所示。

订购PCB几天后，我收到了包装精美的PCB样品，如下图所示。