如何构建一个低成本的5V升压电路

电池是为便携式电子设备供电的最常用能源。无论是简单的闹钟、物联网传感器节点还是复杂的手机，一切都由电池供电。在大多数情况下，这些便携式设备需要具有较小的外形尺寸（封装尺寸），因此它由单节电池供电，例如流行的 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。典型的锂电池的标称电压为 3.7V，但在完全耗尽时该电压可低至 2.8V，而在完全充电时可高达 4.2V，这对于我们的电子设计来说不是很理想，无论是使用稳压 3.3 V 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 至 4.2V 作为输入电压并将其调节为恒定的 3.3V 或 5V。值得庆幸的是，尽管存在一种名为BL8530的 IC ，它的功能完全相同，但外部组件非常少。因此，在这个项目中，我们将构建一个低成本的 5V 升压电路，该电路通过 CR2032 纽扣电池提供 5V 的恒定稳压输出电压；我们还将为这个升压转换器设计一个紧凑的 PCB，以便它可以用于我们未来的所有便携式项目。升压转换器的最大输出电流为200mA这足以为基本的微控制器和传感器供电。该电路的另一个优点是，如果您的项目需要稳定的 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。该电路还可以用作移动电源，为 Arduino、STM32、MSP430 等小型电路板供电。

所需材料

BL8530-5V 升压IC （SOT89）

47uH电感（5mm SMD）

SS14 二极管 （SMD）

1000uF 16V 钽电容（贴片）

纽扣电池座

USB 母头连接器

单节升压转换器设计注意事项

单节升压转换器的设计要求与普通升压转换器不同。这是因为在这里，来自电池（纽扣电池）的能量被提升为输出电压，以便我们的设备工作。因此，应注意升压电路以高效率利用电池的最大值，以尽可能长时间地保持设备通电。在为您的设计选择升压器 IC 时，您可以考虑以下四个参数。

启动电压：这是升压转换器开始工作所需的最低电池输入电压。当您启动升压转换器时，电池至少应该能够为您的升压器工作提供此启动电压。在我们的设计中，所需的启动电压为 0.8V，远低于任何完全放电的纽扣电池电压。

保持电压：一旦设备通过升压电路供电，电池电压将开始下降，因为它正在释放电力。升压器 IC 将保持其性能的电压称为保持电压。低于此电压，IC 将停止工作，我们将没有输出电压。请注意，保持电压始终低于启动电压。也就是说，IC 将需要更多电压才能开始运行，并且在运行状态下，它可能会耗尽电池电量。我们电路中的保持电压为 0.7V。

静态电流：即使在输出侧没有连接负载时，我们的升压电路正在消耗（浪费）的电流量称为静态电流。该值应尽可能低，对于我们的 IC，静态电流值在 4uA 到 7uA 之间。如果设备长时间不连接到负载，则将此值设置为低或为零非常重要。

导通电阻：所有升压转换器电路都将涉及开关器件，如MOSFET或其他FET。如果我们使用转换器 IC，则此开关器件将嵌入 IC 内部。该开关具有非常低的导通电阻，这一点很重要。例如，在我们的设计中，IC BL8530 有一个内部开关，其导通电阻为 0.4Ω，这是一个不错的值。该电阻会根据通过它的电流（欧姆定律）降低开关两端的电压，从而降低模块的效率。

提升电压的方法有很多，其中一些在我们的充电器电路系列中进行了演示。

电路原理图

5V升压电路的完整电路图如下所示，原理图是使用EasyEDA绘制的。

正如您所看到的，该电路需要非常少的组件，因为所有艰苦的工作都由 BL8530 IC 完成。BL8530 IC有很多版本，这里使用的“BL8530-50”其中50代表输出电压5V。同样，IC BL8530-33 的输出电压为 3.3V，因此只需更换该 IC，我们就可以获得所需的输出电压。市面上有 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。IC只需要一个电容器、电感器和二极管即可工作，让我们看看如何选择组件。

组件的选择

电感器：该 IC 的电感值可供选择的范围为3uH 至 1mH。使用高值电感将提供高输出电流和高效率。然而，缺点是它需要来自电池的高输入电压才能运行，因此使用高电感值可能无法使升压电路工作，直到电池完全耗尽。因此，在输出设计中必须在输出电流和最小输入电流之间进行权衡。在这里我使用了 47uH 的值，因为我需要高输出电流，如果您的设计负载电流较小，您可以降低此值。选择具有低 ESR 值的电感器以提高设计效率也很重要。

输出电容：电容允许值从47uF到220uF。该输出电容的作用是过滤输出纹波。该值应根据负载的性质来确定。如果它是感性负载，则建议将高值电容器用于电阻负载，例如微控制器或大多数传感器低值电容器将起作用。使用高值电容器的缺点是增加了成本，并且还减慢了系统速度。这里我使用了一个 100uF 的钽电容，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具有非常低的正向压降。众所周知，肖特基二极管的正向压降比普通整流二极管低。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器来控制纹波。因为电池本质上提供纯直流电压，其中没有任何纹波。

其他组件只是辅助组件。电池座用于固定纽扣电池，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常见的开发板（如 Arduino、ESP8266、ESP32 等）供电。

备好升压转换器 PCB

正如您从上面的图片中看到的那样，电路板的形状非常好，所有的脚印和通孔都以所需的尺寸准确到位。所以，我继续焊接板上的所有 SMD 元件，然后焊接通孔元件。几分钟之内，我的 PCB 准备就绪。我的带有所有焊接组件和纽扣电池的电路板如下所示

测试纽扣电池助推器模块

现在我们的模块已全部设置并供电，我们可以开始测试它。电路板的升压 5V 输出可以从USB 端口或通过它附近的公头针获得。我用万用表测量了输出电压，你可以看到它接近 5V。因此，我们可以得出结论，我们的 boost 模块工作正常。

该模块现在可用于为微控制器板供电或为其他小型传感器或电路供电。请记住，它可以提供的最大电流仅为 200mA，因此不要指望它会驱动重负载。不过，我很高兴用这个小巧紧凑的模块为我的 Arduino 板和 ESP 板供电。下图显示了为 Arduino 和 STM 供电的升压转换器。