Litar penukar rangsangan sel tunggal menggunakan sel duit syiling - output 5v

Sel bateri adalah sumber tenaga yang paling biasa digunakan untuk menghidupkan elektronik mudah alih. Sama ada jam penggera sederhana atau nod sensor IoT atau telefon bimbit yang rumit semuanya dikuasakan oleh bateri. Dalam kebanyakan kes, peranti mudah alih ini mesti mempunyai faktor bentuk yang kecil (ukuran pakej) dan oleh itu ia dikuasakan oleh bateri sel tunggal, seperti sel Lithium CR2032 yang popular atau polimer lithium 3.7V atau sel 18650 yang lain. Sel-sel ini mempunyai tenaga yang tinggi untuk ukurannya, tetapi kelemahan umum dengan sel-sel ini adalah dengan voltan operasi. Bateri litium biasa mempunyai voltan nominal 3.7V, tetapi voltan ini boleh turun serendah 2.8V apabila dikeringkan sepenuhnya dan setinggi 4.2V apabila dicas sepenuhnya yang tidak begitu dikehendaki untuk reka bentuk elektronik kita yang sama ada berfungsi dengan 3.3 yang diatur V atau 5V sebagai voltan operasi.

Ini memerlukan perlunya penukar rangsangan yang dapat menggunakan pemboleh ubah ini 2.8V hingga 4.2V sebagai voltan masukan dan mengaturnya menjadi 3.3V atau 5V tetap. Syukurlah walaupun ada IC yang disebut BL8530 yang sama dengan komponen luaran yang sangat minimum. Oleh itu, dalam projek ini kita akan membina litar penggalak 5V kos rendah yang menyediakan voltan keluaran tetap 5V dari sel duit syiling CR2032; kami juga akan merancang PCB kompak untuk penukar rangsangan ini supaya dapat digunakan dalam semua projek mudah alih masa depan kami. Arus output maksimum penukar rangsangan adalah 200mAyang cukup baik untuk menghidupkan mikrokontroler dan sensor asas. Kelebihan lain dari litar ini ialah, jika projek anda memerlukan 3.3V yang diatur dan bukannya 5V, litar yang sama juga dapat digunakan untuk mengatur 3.3V dengan hanya menukar satu komponen. Litar ini juga boleh berfungsi sebagai Power Bank untuk menghidupkan papan kecil seperti Arduino, STM32, MSP430 dan lain-lain. Kami sebelum ini membina jenis penukar yang serupa menggunakan Bateri Lithium untuk mengecas telefon bimbit.

Bahan yang diperlukan

• BL8530-5V Booster IC (SOT89)
• 47uH Induktor (5mm SMD)
• Diod SS14 (SMD)
• Kapasitor Tantalum 1000uF 16V (SMD)
• Pemegang Sel Duit Syiling
• Penyambung Wanita USB

Pertimbangan Reka Bentuk Penukar Sel Sel Tunggal

Keperluan reka bentuk untuk penukar Boost sel tunggal akan berbeza dengan penukar rangsangan biasa. Ini kerana di sini tenaga dari bateri (sel duit syiling) ditingkatkan menjadi voltan keluaran agar peranti kita berfungsi. Oleh itu, berhati-hati bahawa rangkaian penggalak menggunakan maksimum bateri dengan kecekapan tinggi untuk memastikan peranti dihidupkan selama mungkin. Semasa memilih IC penggalak untuk reka bentuk anda, anda boleh mempertimbangkan empat parameter berikut. Anda juga boleh membaca artikel mengenai Boost Regulator Design untuk mengetahui lebih lanjut mengenainya.

Voltan Permulaan: Ini adalah voltan Input minimum yang diperlukan dari bateri agar penukar rangsangan mula beroperasi. Semasa anda menghidupkan penukar rangsangan, bateri sekurang-kurangnya dapat menyediakan voltan permulaan ini agar penggalak anda berfungsi. Dalam reka bentuk kami, voltan permulaan yang diperlukan adalah 0.8V yang berada di bawah voltan sel duit syiling yang habis sepenuhnya.

Tegangan Tahan: Setelah peranti dihidupkan dengan rangkaian penguat anda, voltan bateri akan mula menurun kerana ia memberi kuasa. Voltan sehingga IC booster akan mengekalkan prestasinya disebut voltan tahan. Di bawah voltan ini IC akan berhenti berfungsi dan kita tidak akan mendapat voltan keluaran. Perhatikan bahawa voltan tahan akan selalu kurang daripada voltan permulaan. Iaitu IC akan memerlukan lebih banyak voltan untuk memulakan operasinya dan semasa keadaan berjalan, ia dapat menghabiskan bateri di bawahnya. Voltan tahan pada litar kami ialah 0.7V.

Quiescent current: Jumlah arus litar booster kami menarik (membuang) walaupun tidak ada beban yang disambungkan pada sisi output disebut sebagai Quiescent current. Nilai ini harus serendah mungkin, untuk IC kami, nilai arus sunyi adalah antara 4uA hingga 7uA. Adalah sangat penting untuk mempunyai nilai ini rendah atau sifar jika peranti tidak akan disambungkan untuk dimuat dalam jangka masa yang lama.

On-Resistance: Semua litar penukar rangsangan akan melibatkan peranti pensuisan seperti MOSFET atau FET lain di dalamnya. Sekiranya kita menggunakan IC penukar, maka alat peralihan ini akan tertanam di dalam IC. Penting bahawa suis ini mempunyai rintangan on yang sangat rendah. Sebagai contoh dalam reka bentuk kami di sini, IC BL8530 mempunyai suis dalaman dengan rintangan on 0.4Ω yang merupakan nilai yang layak. Rintangan ini akan menurunkan voltan pada suis berdasarkan arus yang melaluinya (hukum Ohms) sehingga menurunkan kecekapan modul.

Terdapat banyak cara untuk meningkatkan voltan, beberapa di antaranya ditunjukkan dalam Siri Litar Pengecas kami di sini.

Rajah Litar

Gambarajah litar lengkap untuk litar penggalak 5V ditunjukkan di bawah, skema dilukis menggunakan EasyEDA.

Seperti yang anda lihat litar memerlukan komponen yang sangat minimum kerana semua kerja keras ditarik oleh BL8530 IC. Terdapat banyak versi BL8530 IC, yang digunakan di sini "BL8530-50" di mana 50 mewakili voltan output 5V. Begitu juga IC BL8530-33 yang akan mempunyai voltan output 3.3V maka dengan hanya mengganti IC ini kita dapat memperoleh voltan keluaran yang diperlukan. Terdapat versi 2.5V, 3V, 4.2V, 5V dan bahkan 6V IC ini yang terdapat di pasaran. Dalam tutorial ini kita akan memfokuskan pada versi 5V. IC hanya memerlukan kapasitor, induktor dan Diod bersama dengannya untuk beroperasi, mari kita lihat bagaimana memilih komponen.

Pemilihan Komponen

Induktor: Pilihan nilai induktor yang tersedia untuk IC ini ialah bentuk 3uH hingga 1mH. Menggunakan nilai induktor yang tinggi akan memberikan arus keluaran tinggi dan kecekapan tinggi. Namun kelemahannya ialah ia memerlukan voltan masukan yang tinggi dari sel untuk beroperasi, jadi menggunakan nilai induktor yang tinggi mungkin tidak menjadikan rangkaian penguat berfungsi sehingga bateri habis sepenuhnya. Oleh itu, pertukaran mesti dilakukan antara arus keluaran dan arus input minimum dalam reka bentuk keluar. Di sini saya telah menggunakan nilai 47uH kerana saya memerlukan arus keluaran yang tinggi, anda boleh mengurangkan nilai ini jika arus muatan anda kurang untuk reka bentuk anda. Penting juga untuk memilih induktor dengan nilai ESR rendah untuk kecekapan tinggi reka bentuk anda.

Kapasitor Keluaran: Nilai kapasitor yang dibenarkan adalah dari 47uF hingga 220uF. Fungsi kapasitor output ini adalah untuk menapis riak output. Nilai ini harus diputuskan berdasarkan sifat beban. Sekiranya beban induktif maka kapasitor bernilai tinggi disyorkan untuk beban tahan seperti mikrokontroler atau kebanyakan kapasitor bernilai rendah akan berfungsi. Kekurangan menggunakan kapasitor bernilai tinggi adalah peningkatan kos dan ia juga melambatkan sistem. Di sini saya telah menggunakan kapasitor tantalum 100uF, kerana kapasitor tantalum lebih baik dalam kawalan riak daripada kapasitor seramik.

Diod: Satu-satunya pertimbangan dengan dioda adalah bahawa ia harus mempunyai penurunan voltan rendah yang sangat maju. Telah diketahui bahawa dioda Schottky mempunyai penurunan voltan ke hadapan yang rendah daripada diod penyearah biasa. Oleh itu, kami telah menggunakan diod SSD SS14D yang mempunyai penurunan voltan ke hadapan kurang dari 0.2V.

Kapasitor input: Sama seperti kapasitor output, kapasitor Input dapat digunakan untuk mengendalikan voltan riak sebelum memasuki rangkaian peningkatan. Tetapi di sini kerana kita menggunakan bateri sebagai sumber voltan kita tidak memerlukan kapasitor Input untuk kawalan riak. Kerana bateri secara semula jadi memberikan voltan DC tulen tanpa riak di dalamnya.

Komponen lain hanyalah komponen tambahan. Pemegang bateri digunakan untuk memegang sel Coin dan port UCB disediakan untuk menyambungkan kabel USB terus ke modul penguat kami sehingga kami dapat dengan mudah menghidupkan papan pengembangan biasa seperti Arduino, ESP8266, ESP32 dll.

Reka Bentuk dan Fabrikasi PCB menggunakan EDA Mudah

Sekarang bahawa litar Coin Cell Boost Converter sudah siap, inilah masanya untuk membuatnya dibuat. Oleh kerana semua komponen di sini hanya terdapat dalam pakej SMD, saya terpaksa membuat PCB untuk litar saya. Jadi, seperti biasa kami telah menggunakan alat EDA dalam talian yang disebut EasyEDA untuk membuat PCB kami dibuat kerana sangat mudah digunakan kerana mempunyai koleksi jejak kaki yang baik dan ia adalah sumber terbuka.

Setelah merancang PCB, kami dapat memesan sampel PCB dengan perkhidmatan fabrikasi PCB kos rendah mereka. Mereka juga menawarkan perkhidmatan sumber komponen di mana mereka mempunyai stok komponen elektronik yang besar dan pengguna dapat memesan komponen yang diperlukan bersama dengan pesanan PCB.

Semasa merancang litar dan PCB anda, anda juga dapat menjadikan reka bentuk litar dan PCB anda menjadi umum sehingga pengguna lain dapat menyalin atau menyuntingnya dan dapat memanfaatkan pekerjaan anda, kami juga telah menjadikan keseluruhan susunan Litar dan PCB kami untuk umum untuk litar ini, periksa pautan di bawah:

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

Anda boleh melihat mana-mana Lapisan (Atas, Bawah, Topsilk, botol bawah dll) dari PCB dengan memilih lapisan dari Tingkap 'Lapisan'. Baru-baru ini mereka juga memperkenalkan pilihan paparan 3D sehingga anda juga dapat melihat PCB pengukur voltan Multisel, mengenai bagaimana ia akan menjaga fabrikasi menggunakan butang Tampilan 3D di EasyEDA:

Mengira dan Memesan Sampel dalam talian

Setelah menyelesaikan reka bentuk litar penggalak sel duit syiling 5V ini, anda boleh memesan PCB melalui JLCPCB.com. Untuk memesan PCB dari JLCPCB, anda memerlukan Gerber File. Untuk memuat turun fail Gerber dari PCB anda, cukup klik butang Hasilkan Fail Fabrikasi di halaman editor EasyEDA, kemudian muat turun fail Gerber dari sana atau anda boleh mengklik Pesanan di JLCPCB seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah. Ini akan mengarahkan anda ke JLCPCB.com, di mana anda dapat memilih jumlah PCB yang anda ingin pesan, berapa banyak lapisan tembaga yang anda perlukan, ketebalan PCB, berat tembaga, dan bahkan warna PCB, seperti gambar yang ditunjukkan di bawah. Berita baik lain ialah, sekarang anda boleh mendapatkan semua PCB warna dengan harga yang sama dari JLCPCB. Oleh itu, saya memutuskan untuk menjadikan warna saya berwarna hitam hanya untuk penampilan estetik, anda boleh memilih warna kegemaran anda.

Setelah mengklik pesanan di butang JLCPCB, ia akan membawa anda ke laman web JLCPCB di mana anda boleh memesan PCB warna dengan kadar yang sangat rendah iaitu $ 2 untuk semua warna. Masa pembuatannya juga sangat kurang iaitu 48 jam dengan penghantaran DHL 3-5 hari, pada dasarnya anda akan mendapatkan PCB anda dalam seminggu dari pesanan. Selain itu, mereka juga menawarkan potongan $ 20 untuk penghantaran untuk pesanan pertama anda.

Setelah memesan PCB, anda boleh memeriksa Kemajuan Pengeluaran PCB anda dengan tarikh dan waktu. Anda memeriksanya dengan pergi ke halaman Akaun dan klik pada pautan "Kemajuan Pengeluaran" di bawah PCB seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Setelah beberapa hari memesan PCB, saya mendapat sampel PCB dalam pembungkusan yang bagus seperti gambar di bawah.

Menyiapkan Boost Converter PCB

Seperti yang anda lihat dari gambar di atas, papan itu dalam bentuk yang sangat baik akan semua jejak kaki dan lereng di tempatnya pada ukuran yang diperlukan. Oleh itu, saya meneruskan pematerian semua komponen SMD di papan dan kemudian yang melalui lubang. Dalam beberapa minit PCB saya sudah bersedia untuk beraksi. Papan saya dengan semua komponen yang dipateri dan sel duit syiling ditunjukkan di bawah

Modul Pengujian Coin Cell Booster

Sekarang modul kita sudah siap dan dihidupkan, kita boleh mula mengujinya. Output 5V yang ditingkatkan dari papan boleh didapati dari port USB atau melalui pin header lelaki di dekatnya. Saya menggunakan multimeter saya untuk mengukur voltan keluaran dan seperti yang anda lihat hampir 5V. Oleh itu kita dapat menyimpulkan bahawa modul penambahbaikan kita berfungsi dengan baik.

Modul ini kini boleh digunakan untuk menghidupkan papan mikrokontroler atau untuk menghidupkan sensor atau litar kecil yang lain. Perlu diingat bahawa arus maksimum yang dapat disampaikannya hanya 200mA jadi jangan mengharapkannya untuk membawa beban berat. Walau bagaimanapun, saya gembira dengan menghidupkan papan Arduino dan papan ESP saya dengan modul kecil dan padat ini. Gambar di bawah menunjukkan penukar rangsangan yang menghidupkan Arduino dan STM.

Sama seperti modul bekalan kuasa papan roti sebelumnya, modul penggalak sel duit syiling ini juga akan ditambahkan ke inventori saya supaya saya dapat menggunakannya dalam semua projek masa depan saya di mana sahaja saya memerlukan sumber kuasa padat mudah alih. Harap anda menyukai projek ini dan mempelajari sesuatu yang berguna dalam proses pembinaan modul ini. Kerja yang lengkap boleh didapati dalam video yang dipautkan di bawah.

Sekiranya anda mempunyai masalah dalam menyelesaikan sesuatu, jangan ragu untuk memasukkannya ke bahagian komen atau gunakan forum kami untuk pertanyaan teknikal yang lain.