Single circuit boost converter circuit gamit ang coin cell - 5v output

Ang mga cell ng baterya ay ang pinakakaraniwang ginagamit na mapagkukunan ng enerhiya upang paandarin ang portable electronics. Maging isang simpleng alarm clock o isang IoT sensor node o isang kumplikadong mobile phone lahat ay pinalakas ng mga baterya. Sa karamihan ng mga kaso ang mga portable device na ito ay kailangang magkaroon ng isang maliit na form factor (laki ng package) at dahil dito pinapatakbo ito ng isang solong baterya ng cell, tulad ng sikat na CR2032 Lithium cell o iba pang 3.7V lithium polymer o 18650 cells. Ang mga cell na ito ay nakakabit ng mataas na enerhiya para sa laki nito ngunit isang karaniwang kawalan sa mga cell na ito ay ang operating voltage. Ang isang tipikal na baterya ng lithium ay may nominal na boltahe na 3.7V, ngunit ang boltahe na ito ay maaaring bumaba nang mas mababa sa 2.8V kapag ganap na pinatuyo at kasing taas ng 4.2V kapag ganap na nasingil na kung saan ay hindi masyadong kanais-nais para sa aming mga disenyo ng electronics na maaaring gumana sa kinokontrol na 3.3 V o 5V bilang operating boltahe.

Dinadala nito ang pangangailangan para sa isang boost converter na maaaring tumagal sa variable na 2.8V hanggang 4.2V bilang input boltahe at kontrolin ito sa pare-pareho na 3.3V o 5V. Sa kabutihang palad kahit na mayroong isang IC na tinatawag na BL8530 na eksaktong eksaktong pareho sa pinakamaliit na panlabas na mga bahagi. Kaya, sa proyektong ito magtatayo kami ng isang mababang gastos ng 5V booster circuit na nagbibigay ng isang pare-pareho na kinokontrol na boltahe ng output ng 5V mula sa isang CR2032 coin cell; magdidisenyo din kami ng isang compact PCB para sa boost converter na ito upang magamit ito sa lahat ng aming mga hinaharap na portable na proyekto. Ang maximum na kasalukuyang output ng boost converter ay magiging 200mAna kung saan ay sapat na mahusay upang mapagana ang pangunahing mga microcontroller at sensor. Ang isa pang bentahe ng circuit na ito ay, kung ang iyong proyekto ay nangangailangan ng isang kinokontrol na 3.3V sa halip na 5V ang parehong circuit ay maaari ding magamit upang makontrol ang 3.3V sa pamamagitan lamang ng pagpapalit ng isang bahagi. Ang circuit na ito ay maaari ding gumana bilang Power Bank upang mapagana ang maliliit na board tulad ng Arduino, STM32, MSP430 atbp. Kami ay dati nang nagtayo ng katulad na uri ng boost converter gamit ang Lithium Battery upang singilin ang isang cell phone.

Mga materyal na kinakailangan

BL8530-5V Booster IC (SOT89)
47uH Inductor (5mm SMD)
SS14 Diode (SMD)
1000uF 16V Tantalum capacitor (SMD)
Coin Holder na may Cell
USB Konektor ng Babae

Mga Pagsasaalang-alang sa Disenyo ng Single Boost Converter

Ang mga kinakailangan sa disenyo para sa isang converter ng Single cell Boost ay magkakaiba mula sa isang ordinaryong boost converter. Ito ay dahil dito ang enerhiya mula sa isang baterya (coin cell) ay pinalakas sa output voltage upang gumana ang aming aparato. Kaya't dapat mag-ingat na ang booster circuit ay gumagamit ng maximum ng baterya na may mataas na kahusayan upang mapanatili ang aparato na pinapatakbo hangga't maaari. Kapag pumipili ng booster IC para sa iyong mga disenyo maaari mong isaalang-alang ang sumusunod na apat na mga parameter. Maaari mo ring basahin ang artikulo sa Disenyo ng Boost Regulator upang malaman ang tungkol dito.

Start-up Boltahe: Ito ang minimum na kinakailangang boltahe ng Input mula sa baterya para sa boost converter upang masimulan ang pagpapatakbo. Kapag pinapagana mo ang boost converter ang baterya ay dapat na maibigay kahit papaano ang start-up voltage na ito upang gumana ang iyong booster. Sa aming disenyo ang kinakailangang boltahe ng start-up ay 0.8V na kung saan sa ilalim ng anumang ganap na natatapos na boltahe ng coin cell.

Hold-on Voltage: Kapag ang aparato ay pinalakas ng iyong boost circuit ang boltahe ng baterya ay magsisimulang tanggihan dahil nagbibigay ito ng lakas. Ang boltahe hanggang kung saan hawakan ng isang booster IC ang pagganap nito ay tinatawag na boltahe na hold-on. Sa ibaba ng boltahe na ito ang IC ay hihinto sa pagpapaandar at hindi kami makakakuha ng boltahe ng output. Tandaan na ang hawak na boltahe ay palaging magiging mas mababa sa boltahe ng start-up. Iyon ang IC ay mangangailangan ng mas maraming boltahe upang masimulan ang operasyon nito at sa panahon ng pagpapatakbo nito maaari itong maubos ang baterya sa ibaba nito. Ang boltahe ng hold-on sa aming circuit ay 0.7V.

Kasalukuyang Quiescent: Ang dami ng kasalukuyang circuit ng aming booster ay gumuhit (nagsasayang) kahit na walang pagkarga na nakakonekta sa output side ay tinawag bilang kasalukuyang Quiescent. Ang halagang ito ay dapat na mas mababa hangga't maaari, para sa aming IC ang halaga ng kasalukuyang quiescent ay nasa pagitan ng 4uA hanggang 7uA. Napakahalaga na magkaroon ng mababang halaga o zero kung ang aparato ay hindi makakonekta upang mai-load nang mahabang panahon.

On-Resistance: Ang lahat ng circuit ng boost converter ay magsasangkot ng isang switching device tulad ng MOSFET o iba pang mga FET dito. Kung gumagamit kami ng isang converter IC kung gayon ang switching device na ito ay mai-embed sa loob ng IC. Mahalaga na ang switch na ito ay may napakababang on-resistensya. Halimbawa sa aming disenyo dito, ang IC BL8530 ay may panloob na switch na may on-resist na 0.4Ω na isang disenteng halaga. Ang paglaban na ito ay mahuhulog ang isang boltahe sa kabuuan ng switch batay sa kasalukuyang pamamagitan nito (Batas ng Ohms) sa gayon pagbaba ng kahusayan ng module.

Mayroong maraming mga paraan upang mapalakas ang boltahe, ang ilan sa mga ito ay ipinakita sa aming Charger Circuit Series dito.

Diagram ng Circuit

Ang kumpletong diagram ng circuit para sa 5V booster circuit ay ipinapakita sa ibaba, ang mga iskema ay iginuhit gamit ang EasyEDA.

Tulad ng nakikita mo ang circuit ay nangangailangan ng napakaliit na mga bahagi dahil ang lahat ng pagsusumikap ay hinila ng BL8530 IC. Maraming mga bersyon ng BL8530 IC, ang ginamit dito na "BL8530-50" kung saan ang 50 ay kumakatawan sa output voltage 5V. Katulad nito ang IC BL8530-33 ay magkakaroon ng output boltahe na 3.3V samakatuwid sa pamamagitan lamang ng pagpapalit ng IC na ito maaari nating makuha ang kinakailangang boltahe ng output. Mayroong 2.5V, 3V, 4.2V, 5V at kahit na 6V na bersyon ng IC na ito ay magagamit sa merkado. Sa tutorial na ito magtutuon kami sa bersyon ng 5V. Ang IC ay nangangailangan lamang ng isang kapasitor, inductor at Diode kasama nito upang mapatakbo, tingnan natin kung paano piliin ang mga sangkap.

Pagpili ng Mga Bahagi

Inductor: Ang magagamit na pagpipilian ng halaga ng inductor para sa IC na ito ay form 3uH hanggang 1mH. Ang paggamit ng isang mataas na halaga ng inductor ay magbibigay ng mataas na kasalukuyang output at mataas na kahusayan. Gayunpaman ang downside ay nangangailangan ito ng isang mataas na boltahe ng pag-input mula sa cell upang gumana, kaya ang paggamit ng isang mataas na halaga ng inductor ay hindi maaaring gawin ang boost circuit upang gumana hanggang ang baterya ay ganap na maubos. Samakatuwid ang isang trade off ay dapat gawin sa pagitan ng kasalukuyang output at minimum na kasalukuyang pag-input sa labas ng disenyo. Narito nagamit ko ang isang halaga ng 47uH dahil kailangan ko ng kasalukuyang kasalukuyang output, maaari mong bawasan ang halagang ito kung ang iyong kasalukuyang pag-load ay mas mababa para sa iyong disenyo. Mahalaga rin na pumili ng isang inductor na may mababang halaga ng ESR para sa mataas na kahusayan ng iyong disenyo.

Output Capacitor: Ang pinapayagan na halaga ng capacitor ay mula 47uF hanggang 220uF. Ang pagpapaandar ng output capacitor na ito ay upang salain ang mga output ng ripples. Ang halaga ng ito ay dapat magpasya batay sa likas na katangian ng pagkarga. Kung ito ay isang inductive load kung gayon ang mataas na halaga ng capacitor ay inirerekomenda para sa mga resistive load tulad ng para sa mga microcontroller o karamihan sa mga sensor na mababa ang halaga ng capacitor ay gagana. Ang sagabal ng paggamit ng mataas na halaga ng capacitor ay nadagdagan ang gastos at pinapabagal din nito ang system. Dito ko ginamit ang isang 100uF tantalum capacitor, dahil ang tantalum capacitors ay mas mahusay sa kontrol ng ripple kaysa sa ceramic capacitors.

Diode: Ang tanging pagsasaalang-alang sa diode ay dapat itong magkaroon ng isang napaka- forward na pagbaba ng mababang boltahe. Alam na ang mga Schottky diode ay may mababang pasulong na pagbagsak ng boltahe kaysa sa normal na mga diode ng pagwawasto. Samakatuwid ginamit namin ang SS14D SMD diode na may pasulong na boltahe na bumaba nang mas mababa sa 0.2V.

Input capacitor: Katulad ng output capacitor ang isang Input capacitor ay maaaring magamit upang makontrol ang mga boltahe ng ripple bago pumasok sa boost circuit. Ngunit dito dahil gumagamit kami ng baterya bilang aming mga mapagkukunan ng boltahe hindi namin kakailanganin ang isang Input capacitor para sa kontrol ng ripple. Dahil ang mga baterya sa pamamagitan ng likas na katangian ay nagbibigay ng purong boltahe ng DC nang walang anumang ripple sa kanila.

Ang iba pang mga sangkap ay mga pandiwang pantulong lamang. Ginagamit ang may hawak ng baterya upang hawakan ang Coin cell at ang UCB port ay ibinigay upang ikonekta ang mga USB cable nang direkta sa aming boost module upang madali naming mapagana ang mga karaniwang development board tulad ng Arduino, ESP8266, ESP32 atbp.

Disenyo at Paggawa ng PCB gamit ang Easy EDA

Ngayon na handa na ang circuit ng Coin Cell Boost Converter, oras na upang ito ay gawa-gawa. Dahil ang lahat ng mga sangkap dito ay magagamit lamang sa SMD package kailangan kong gumawa ng isang PCB para sa aking circuit. Kaya, tulad ng lagi na ginagamit namin ang online na tool ng EDA na tinatawag na EasyEDA upang makuha ang aming PCB na gawa-gawa sapagkat napaka-maginhawa gamitin dahil mayroon itong mahusay na koleksyon ng mga bakas ng paa at ito ay open-source.

Matapos ang pagdidisenyo ng PCB, maaari kaming mag-order ng mga sample ng PCB sa pamamagitan ng kanilang mga serbisyong paggawa ng mababang gastos sa PCB. Nag-aalok din sila ng serbisyong sourcing ng bahagi kung saan mayroon silang isang malaking stock ng mga elektronikong sangkap at ang mga gumagamit ay maaaring mag-order ng kanilang mga kinakailangang sangkap kasama ang order ng PCB.

Habang dinidisenyo ang iyong mga circuit at PCB, maaari mo ring gawing publiko ang iyong mga disenyo ng circuit at PCB upang ang ibang mga gumagamit ay maaaring kopyahin o mai-edit ang mga ito at maaaring makinabang mula sa iyong trabaho, ginawa rin naming pampubliko ang aming buong mga layout ng Circuit at PCB para sa circuit na ito, suriin ang link sa ibaba:

easyeda.com/CircuitDigest/Single-Cell-Boost-Converter

Maaari mong tingnan ang anumang Layer (Itaas, Ibaba, Topsilk, bottomsilk atbp) ng PCB sa pamamagitan ng pagpili ng layer na bumubuo sa Window na 'Mga Layer'. Kamakailan ay ipinakilala din nila ang isang pagpipilian sa pagtingin sa 3D upang maaari mo ring tingnan ang Multicell boltahe na sumusukat sa PCB, kung paano nito aalagaan ang katha gamit ang pindutang 3D View sa EasyEDA:

Pagkalkula at Pag-order ng Mga Sampol sa online

Matapos makumpleto ang disenyo ng 5V coin cell booster circuit na ito, maaari kang mag-order ng PCB sa pamamagitan ng JLCPCB.com. Upang mag-order ng PCB mula sa JLCPCB, kailangan mo ng Gerber File. Upang ma-download ang mga Gerber file ng iyong PCB i-click lamang ang pindutang Bumuo ng Pabrika ng Pabrika sa pahina ng editor ng EasyEDA, pagkatapos ay i-download ang Gerber file mula doon o maaari kang mag-click sa Order sa JLCPCB tulad ng ipinakita sa larawan sa ibaba. Ire-redirect ka nito sa JLCPCB.com, kung saan maaari mong piliin ang bilang ng mga PCB na nais mong mag-order, kung gaano karaming mga layer ng tanso ang kailangan mo, ang kapal ng PCB, bigat ng tanso, at kahit ang kulay ng PCB, tulad ng snapshot na ipinakita sa ibaba. Ang isa pang magandang balita ay na, ngayon makakakuha ka ng lahat ng mga PCB na kulay sa parehong presyo mula sa JLCPCB. Kaya't napagpasyahan kong makuha ang minahan sa itim na kulay para lamang sa isang hitsura ng aesthetic, maaari kang pumili ng iyong paboritong kulay.

Pagkatapos ng pag-click sa order sa pindutan ng JLCPCB, dadalhin ka nito sa website ng JLCPCB kung saan maaari kang mag-order ng anumang kulay na PCB sa napakababang rate na $ 2 para sa lahat ng mga kulay. Ang kanilang oras sa pagbuo ay napakaliit din na kung saan ay 48 na oras sa paghahatid ng DHL ng 3-5 araw, karaniwang makukuha mo ang iyong mga PCB sa loob ng isang linggo ng pag-order. Bukod dito, nag-aalok din sila ng isang $ 20 na diskwento sa pagpapadala para sa iyong unang order.

Matapos ang pag-order ng PCB, maaari mong suriin ang Production Progress ng iyong PCB na may petsa at oras. Suriin mo ito sa pamamagitan ng pagpunta sa pahina ng Account at mag-click sa link na "Pag-usad ng Produksyon" sa ilalim ng PCB tulad ng ipinakita sa imaheng nasa ibaba.

Matapos ang ilang araw ng pag-order ng PCB nakuha ko ang mga sample ng PCB sa magandang balot tulad ng ipinakita sa mga larawan sa ibaba.

Paghahanda ng Boost Converter PCB

Tulad ng nakikita mo mula sa mga imahe sa itaas ang board ay nasa isang napakahusay na hugis ay gagawin ang lahat ng mga bakas ng paa at mga vias sa lugar sa eksaktong kinakailangang laki. Kaya, nagpatuloy ako sa paghihinang ng lahat ng mga bahagi ng SMD sa board at pagkatapos ay ang mga through-hole. Sa loob ng ilang minuto ang aking PCB para sa handa na para sa aksyon. Ang aking board na may lahat ng mga solder na bahagi at ang coin cell ay ipinapakita sa ibaba

Pagsubok ng Module ng Coin Cell Booster

Ngayon na ang aming module ay nakaayos na at pinapatakbo maaari na nating simulan ang pagsubok nito. Ang pinalakas na 5V na output mula sa board ay maaaring makuha mula sa USB port o kahit na malapit dito ang male header pin. Ginamit ko ang aking multimeter upang masukat ang output boltahe at tulad ng nakikita mong malapit ito sa 5V. Kaya't maaari nating tapusin na ang aming boost module ay gumagana nang maayos.

Magagamit na ang modyul na ito upang mapagana ang mga board ng microcontroller o upang mapagana ang iba pang maliliit na sensor o circuit. Tandaan na ang maximum na kasalukuyang maihahatid nito ay 200mA lamang kaya huwag asahan na magmaneho ito ng mabibigat na karga. Gayunpaman masaya ako sa pag-power ng aking Arduino boards at ESP boards na may maliit at compact module na ito. Ipinapakita ng mga imahe sa ibaba ang boost converter na nagpapatakbo sa Arduino at STM.

Tulad ng nakaraang module ng power supply ng breadboard na ito ang module ng coin cell booster ay idadagdag din sa aking imbentaryo upang magamit ko ang mga ito sa lahat ng aking mga hinaharap na proyekto saanman ako mangangailangan ng isang portable compact power source. Inaasahan kong nagustuhan mo ang proyekto at natutunan ang isang bagay na kapaki-pakinabang sa proseso ng pagbuo ng modyul na ito. Ang kumpletong pagtatrabaho ay matatagpuan sa video na naka- link sa ibaba.

Kung mayroon kang anumang problema sa pagkuha ng mga bagay na gumagana, huwag mag-atubiling i-drop ang mga ito sa seksyon ng komento o gamitin ang aming mga forum para sa iba pang mga teknikal na katanungan.