如何構建一個低成本的5V升壓電路

電池是為便攜式電子設備供電的最常用能源。無論是簡單的鬧鐘、物聯(lián)網傳感器節(jié)點還是復雜的手機，一切都由電池供電。在大多數(shù)情況下，這些便攜式設備需要具有較小的外形尺寸（封裝尺寸），因此它由單節(jié)電池供電，例如流行的 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。典型的鋰電池的標稱電壓為 3.7V，但在完全耗盡時該電壓可低至 2.8V，而在完全充電時可高達 4.2V，這對于我們的電子設計來說不是很理想，無論是使用穩(wěn)壓 3.3 V 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 至 4.2V 作為輸入電壓并將其調節(jié)為恒定的 3.3V 或 5V。值得慶幸的是，盡管存在一種名為BL8530的 IC ，它的功能完全相同，但外部組件非常少。因此，在這個項目中，我們將構建一個低成本的 5V 升壓電路，該電路通過 CR2032 紐扣電池提供 5V 的恒定穩(wěn)壓輸出電壓；我們還將為這個升壓轉換器設計一個緊湊的 PCB，以便它可以用于我們未來的所有便攜式項目。升壓轉換器的最大輸出電流為200mA這足以為基本的微控制器和傳感器供電。該電路的另一個優(yōu)點是，如果您的項目需要穩(wěn)定的 3.3V 而不是 5V，同樣的電路也可以通過交換一個組件來調節(jié) 3.3V。該電路還可以用作移動電源，為 Arduino、STM32、MSP430 等小型電路板供電。

所需材料

BL8530-5V 升壓IC （SOT89）

47uH電感（5mm SMD）

SS14 二極管 （SMD）

1000uF 16V 鉭電容（貼片）

紐扣電池座

USB 母頭連接器

單節(jié)升壓轉換器設計注意事項

單節(jié)升壓轉換器的設計要求與普通升壓轉換器不同。這是因為在這里，來自電池（紐扣電池）的能量被提升為輸出電壓，以便我們的設備工作。因此，應注意升壓電路以高效率利用電池的最大值，以盡可能長時間地保持設備通電。在為您的設計選擇升壓器 IC 時，您可以考慮以下四個參數(shù)。

啟動電壓：這是升壓轉換器開始工作所需的最低電池輸入電壓。當您啟動升壓轉換器時，電池至少應該能夠為您的升壓器工作提供此啟動電壓。在我們的設計中，所需的啟動電壓為 0.8V，遠低于任何完全放電的紐扣電池電壓。

保持電壓：一旦設備通過升壓電路供電，電池電壓將開始下降，因為它正在釋放電力。升壓器 IC 將保持其性能的電壓稱為保持電壓。低于此電壓，IC 將停止工作，我們將沒有輸出電壓。請注意，保持電壓始終低于啟動電壓。也就是說，IC 將需要更多電壓才能開始運行，并且在運行狀態(tài)下，它可能會耗盡電池電量。我們電路中的保持電壓為 0.7V。

靜態(tài)電流：即使在輸出側沒有連接負載時，我們的升壓電路正在消耗（浪費）的電流量稱為靜態(tài)電流。該值應盡可能低，對于我們的 IC，靜態(tài)電流值在 4uA 到 7uA 之間。如果設備長時間不連接到負載，則將此值設置為低或為零非常重要。

導通電阻：所有升壓轉換器電路都將涉及開關器件，如MOSFET或其他FET。如果我們使用轉換器 IC，則此開關器件將嵌入 IC 內部。該開關具有非常低的導通電阻，這一點很重要。例如，在我們的設計中，IC BL8530 有一個內部開關，其導通電阻為 0.4Ω，這是一個不錯的值。該電阻會根據通過它的電流（歐姆定律）降低開關兩端的電壓，從而降低模塊的效率。

提升電壓的方法有很多，其中一些在我們的充電器電路系列中進行了演示。

電路原理圖

5V升壓電路的完整電路圖如下所示，原理圖是使用EasyEDA繪制的。

正如您所看到的，該電路需要非常少的組件，因為所有艱苦的工作都由 BL8530 IC 完成。BL8530 IC有很多版本，這里使用的“BL8530-50”其中50代表輸出電壓5V。同樣，IC BL8530-33 的輸出電壓為 3.3V，因此只需更換該 IC，我們就可以獲得所需的輸出電壓。市面上有 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。IC只需要一個電容器、電感器和二極管即可工作，讓我們看看如何選擇組件。

組件的選擇

電感器：該 IC 的電感值可供選擇的范圍為3uH 至 1mH。使用高值電感將提供高輸出電流和高效率。然而，缺點是它需要來自電池的高輸入電壓才能運行，因此使用高電感值可能無法使升壓電路工作，直到電池完全耗盡。因此，在輸出設計中必須在輸出電流和最小輸入電流之間進行權衡。在這里我使用了 47uH 的值，因為我需要高輸出電流，如果您的設計負載電流較小，您可以降低此值。選擇具有低 ESR 值的電感器以提高設計效率也很重要。

輸出電容：電容允許值從47uF到220uF。該輸出電容的作用是過濾輸出紋波。該值應根據負載的性質來確定。如果它是感性負載，則建議將高值電容器用于電阻負載，例如微控制器或大多數(shù)傳感器低值電容器將起作用。使用高值電容器的缺點是增加了成本，并且還減慢了系統(tǒng)速度。這里我使用了一個 100uF 的鉭電容，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具有非常低的正向壓降。眾所周知，肖特基二極管的正向壓降比普通整流二極管低。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器來控制紋波。因為電池本質上提供純直流電壓，其中沒有任何紋波。

其他組件只是輔助組件。電池座用于固定紐扣電池，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常見的開發(fā)板（如 Arduino、ESP8266、ESP32 等）供電。

備好升壓轉換器 PCB

正如您從上面的圖片中看到的那樣，電路板的形狀非常好，所有的腳印和通孔都以所需的尺寸準確到位。所以，我繼續(xù)焊接板上的所有 SMD 元件，然后焊接通孔元件。幾分鐘之內，我的 PCB 準備就緒。我的帶有所有焊接組件和紐扣電池的電路板如下所示

測試紐扣電池助推器模塊

現(xiàn)在我們的模塊已全部設置并供電，我們可以開始測試它。電路板的升壓 5V 輸出可以從USB 端口或通過它附近的公頭針獲得。我用萬用表測量了輸出電壓，你可以看到它接近 5V。因此，我們可以得出結論，我們的 boost 模塊工作正常。

該模塊現(xiàn)在可用于為微控制器板供電或為其他小型傳感器或電路供電。請記住，它可以提供的最大電流僅為 200mA，因此不要指望它會驅動重負載。不過，我很高興用這個小巧緊湊的模塊為我的 Arduino 板和 ESP 板供電。下圖顯示了為 Arduino 和 STM 供電的升壓轉換器。