Коло претварача за појачање једне ћелије помоћу ћелијске кованице - излаз 5в

Батеријске ћелије су најчешће коришћени извор енергије за напајање преносне електронике. Било да је то једноставна будилица или чвор ИоТ сензора или сложени мобилни телефон, све се напаја батеријама. У већини случајева ови преносни уређаји морају да имају мали фактор облика (величина паковања), па се зато напајају са једноћелијском батеријом, попут популарне ЦР2032 литијумске ћелије или осталих 3,7 В литијумских полимера или 18650 ћелија. Ове ћелије пакују високу енергију због своје величине, али уобичајени недостатак ових ћелија је радни напон. Типична литијумска батерија има номинални напон од 3,7 В, али овај напон може пасти и до 2,8 В када се потпуно испразни и до 4,2 В када се потпуно напуни, што није баш пожељно за наше дизајне електронике који раде или са регулисаним 3,3 В или 5В као радни напон.

То доводи до потребе за појачивачем који може узети ову променљиву од 2,8 В до 4,2 В као улазни напон и регулисати га на константних 3,3 В или 5 В. Срећом иако постоји ИЦ под називом БЛ8530 који ради потпуно исто са врло минималним спољним компонентама. Дакле, у овом пројекту ћемо изградити јефтино 5В појачивачко коло које обезбеђује константно регулисани излазни напон од 5В из ЦР2032 ћелијске кованице; такође ћемо дизајнирати компактну ПЦБ за овај појачивач, тако да се може користити у свим нашим будућим преносним пројектима. Максимална излазна струја појачала претварача биће 200мАшто је довољно добро за напајање основних микроконтролера и сензора. Још једна предност овог круга је та што се, ако ваш пројекат захтева регулисано 3.3В уместо 5В, исто коло такође може користити за регулацију 3.3В само заменом једне компоненте. Ово коло такође може да ради као Повер Банк за напајање малих плоча попут Ардуина, СТМ32, МСП430 итд. Претходно смо направили претварач сличне врсте појачања користећи литијумску батерију за пуњење мобилног телефона.

Потребни материјали

• БЛ8530-5В појачала ИЦ (СОТ89)
• Индуктор од 47 уХ (5 мм СМД)
• СС14 диода (СМД)
• Танталски кондензатор 1000уФ 16В (СМД)
• Држач за ћелије новчића
• УСБ женски конектор

Разматрања дизајна претварача за појачање појединачне ћелије

Захтеви за дизајн једноћелијског појачивача претварача ће се разликовати од захтева обичног појачивача претварача. То је зато што се овде енергија из батерије (новчићеве ћелије) појачава у излазни напон да би наш уређај могао да ради. Зато треба водити рачуна да појачавач користи максимум батерије са високом ефикасношћу како би уређај био укључен што је дуже могуће. Када одабирете помоћну ИЦ за своје дизајне, можете узети у обзир следећа четири параметра. Такође можете прочитати чланак о дизајну регулатора појачања да бисте сазнали више о томе.

Стартни напон: Ово је минимално потребан улазни напон батерије да би претварач појачања почео да ради. Када укључите претварач појачала, батерија би барем требала бити у стању да обезбеди овај стартни напон за рад вашег појачала. У нашем дизајну потребан почетни напон је 0,8 В, испод било ког потпуно испражњеног напона ћелијске матице.

Напон на чекању: Једном када се уређај напаја помоћу вашег појачавајућег круга, напон батерије ће почети да опада јер даје снагу. Напон до ког ће помоћна ИЦ задржати своје перформансе назива се задржавајући напон. Испод овог напона ИЦ ће зауставити функцију и нећемо добити излазни напон. Имајте на уму да ће задржавајући напон увек бити мањи од почетног напона. То је да ће ИЦ-у бити потребан већи напон да би започео свој рад и током свог радног стања може испразнити батерију испод тога. Задржани напон у нашем колу је 0,7В.

Струја мировања: Количина струје коју наш појачавајући круг црпи (троши) чак и када на излазној страни није прикључено никакво оптерећење назива се струја мировања. Ова вредност би требало да буде што је могуће мања, за нашу ИЦ вредност струје мировања је између 4уА до 7уА. Веома је важно да ова вредност буде ниска или нула ако уређај неће бити прикључен на оптерећење дуже време.

Отпор при укључивању : Сви кругови претварача појачања укључиват ће у себи склопни уређај попут МОСФЕТ-а или других ФЕТ-ова. Ако користимо претварач ИЦ, овај преклопни уређај ће бити уграђен у ИЦ. Важно је да овај прекидач има врло мали отпор. На пример, у нашем дизајну овде, ИЦ БЛ8530 има унутрашњи прекидач са отпором на укључивање од 0,4Ω, што је пристојна вредност. Овај отпор ће спустити напон на прекидачу на основу струје кроз њега (Охмов закон), смањујући тако ефикасност модула.

Постоји много начина за повишење напона, неки од њих су приказани у нашој серији пуњача овде.

Кружни дијаграм

Комплетна шема кола за појачивач 5В је приказана испод, шеме су нацртане помоћу ЕасиЕДА.

Као што видите, склоп захтева врло мало компонената, јер сав напор изводи БЛ8530 ИЦ. Постоји много верзија БЛ8530 ИЦ, она која се овде користи „БЛ8530-50“ где 50 представља излазни напон 5В. Слично томе, ИЦ БЛ8530-33 ће имати излазни напон од 3.3В, тако да само заменом ове ИЦ можемо добити потребан излазни напон. На тржишту су доступне верзије овог ИЦ-а од 2,5 В, 3 В, 4,2 В, 5 В и чак 6 В. У овом упутству ћемо се фокусирати на верзију од 5 В. За рад ИЦ потребна су само кондензатор, индуктор и диода, да видимо како да изаберемо компоненте.

Избор компонената

Индуктор: Доступни избор вредности индуктора за ову ИЦ је облик од 3уХ до 1мХ. Коришћење високе вредности индуктора обезбедиће велику излазну струју и високу ефикасност. Међутим, недостатак је тај што му је потребан висок улазни напон из ћелије, па употреба високе вредности индуктора можда неће учинити да појачавајући круг ради док се батерија потпуно не испразни. Стога се мора извршити компромис између излазне и минималне улазне струје у дизајну. Овдје сам користио вриједност од 47уХ, јер ми треба велика излазна струја, можете смањити ову вриједност ако ће вам струја оптерећења бити мања за ваш дизајн. Такође је важно одабрати индуктор са ниском ЕСР вредношћу за високу ефикасност вашег дизајна.

Излазни кондензатор: Дозвољена вредност кондензатора је од 47уФ до 220уФ. Функција овог излазног кондензатора је филтрирање излазних таласа. О вредности овога треба одлучити на основу природе терета. Ако се ради о индуктивном оптерећењу, препоручује се кондензатор велике вредности за отпорна оптерећења као што су микроконтролери или већина сензора кондензатор мале вредности ће радити. Недостатак употребе кондензатора велике вредности је повећани трошак, а такође успорава систем. Овде сам користио тантални кондензатор од 100 уФ, јер су танталски кондензатори бољи у валовитом управљању од керамичких.

Диода: Једино што се тиче диоде је да треба да има врло низак пад напона. Познато је да Сцхоттки диоде имају ниже падове напона напријед од уобичајених исправљачких диода. Стога смо користили СС14Д СМД диоду која има пад напона испред 0,2В.

Улазни кондензатор: Слично излазном кондензатору, и улазни кондензатор се може користити за контролу напона валова пре уласка у појачан круг. Али овде, пошто користимо батерију као своје изворе напона, неће нам бити потребан улазни кондензатор за контролу таласа. Јер батерије по природи пружају чисти једносмерни напон без икаквог мрешкања.

Остале компоненте су само помоћне. Држач батерије служи за држање Цоин ћелије, а УЦБ порт је предвиђен за директно повезивање УСБ каблова са нашим модулом за појачавање, тако да можемо лако напајати уобичајене развојне плоче попут Ардуино, ЕСП8266, ЕСП32 итд.

Дизајн и израда ПЦБ-а користећи Еаси ЕДА

Сада када је склоп Цоин Целл Боост Цонвертер спреман, време је да се он изради. Пошто су све компоненте овде доступне само у СМД пакету, морао сам да направим ПЦБ за свој склоп. Као и увек, користили смо мрежни ЕДА алат назван ЕасиЕДА да бисмо произвели нашу ПЦБ, јер је врло згодан за употребу, јер има добру колекцију отисака и отворен је извор.

Након дизајнирања ПЦБ-а, узорке ПЦБ-а можемо наручити путем њихових јефтиних услуга израде ПЦБ-а. Такође нуде услугу снабдевања компонентама где имају велику залиху електронских компонената и корисници могу да наруче потребне компоненте заједно са наруџбом ПЦБ-а.

Док дизајнирате своје склопове и ПЦБ-ове, такође можете учинити своје дизајне кола и ПЦБ-а јавним, тако да их други корисници могу копирати или уредити и искористити ваш рад, такође смо учинили целокупним распоредима својих кола и ПЦБ-а јавним за ово коло, проверите доњи линк:

хттпс://еасиеда.цом/ЦирцуитДигест/Сингле-Целл-Боост-Цонвертер

Можете погледати било који слој (горњи, доњи, горњи, свиленкасти, итд.) ПЦБ-а одабиром слоја из прозора „Слојеви“. Недавно су увели и опцију 3Д приказа, тако да такође можете да видите Мултицелл ПЦБ за мерење напона, како ће изгледати након израде помоћу дугмета 3Д Виев у ЕасиЕДА:

Израчунавање и наручивање узорака на мрежи

Након завршетка дизајна овог 5В кола за појачавање ћелија новчића, можете наручити ПЦБ преко ЈЛЦПЦБ.цом. Да бисте наручили ПЦБ од ЈЛЦПЦБ, потребна вам је датотека Гербер. Да бисте преузели Гербер датотеке са ПЦБ-а, само кликните дугме Генериши фабричку датотеку на страници ЕасиЕДА уређивача, а затим преузмите датотеку Гербер одатле или можете кликнути на Наручи на ЈЛЦПЦБ као што је приказано на доњој слици. Ово ће вас преусмерити на ЈЛЦПЦБ.цом, где можете да изаберете број ПЦБ-а које желите да наручите, колико слојева бакра вам треба, дебљину ПЦБ-а, тежину бакра, па чак и боју ПЦБ-а, попут снимка приказаног доле. Још једна добра вест је та што од ЈЛЦПЦБ сада можете добити све ПЦБ у боји по истој цени. Тако сам одлучио да своју добијем у црној боји само за неки естетски изглед, можете одабрати своју омиљену боју.

Након клика на дугме за наруџбину на ЈЛЦПЦБ, одвешће се до веб странице ЈЛЦПЦБ где можете наручити било коју ПЦБ у боји по врло ниској цени која износи 2 УСД за све боје. Њихово време израде је такође врло кратко, што је 48 сати са ДХЛ испоруком од 3-5 дана, у основи ћете добити своје ПЦБ-ове у року од недељу дана од наручивања. Штавише, нуде и попуст од 20 УСД на испоруку за вашу прву наруџбину.

Након наручивања ПЦБ-а, можете да проверите производни напредак ваше ПЦБ-а са датумом и временом. Проверите га тако што ћете отићи на страницу налога и кликнути на везу „Производни напредак“ испод ПЦБ-а као што је приказано на доњој слици.

После неколико дана наручивања ПЦБ-а, добио сам узорке ПЦБ-а у лепом паковању као што је приказано на сликама испод.

Припрема за ПЦБ Боост Цонвертера

Као што видите из горњих слика, плоча је била у врло добром стању, тако да ће сви отисци стопала и вијачи бити на месту тачно потребне величине. Наставио сам са лемљењем свих СМД компонената на плочи, а затим оних кроз пролазне рупе. За неколико минута моја ПЦБ је спремна за акцију. Моја табла са свим залемљеним компонентама и ћелијом новчића приказана је доле

Испитивање модула за појачавање ћелија новчића

Сада када је наш модул постављен и покреће га, можемо почети да га тестирамо. Појачани излаз од 5 В са плоче може се добити путем УСБ порта или преко мушког заглавља у близини. Мултиметар сам користио за мерење излазног напона и као што видите био је близу 5В. Стога можемо закључити да наш модул за појачавање ради исправно.

Овај модул се сада може користити за напајање плоча микроконтролера или за напајање других малих сензора или кола. Имајте на уму да је максимална струја коју може да испоручи само 200мА, тако да не очекујте да вози велике терете. Међутим, био сам задовољан напајањем својих Ардуино плоча и ЕСП плоча овим малим и компактним модулом. На сликама доле приказан је појачивач који напаја Ардуино и СТМ.

Баш као и претходни модул напајања, и овај модул за појачавање ћелијских новчића биће додат у мој инвентар како бих их могао користити у свим својим будућим пројектима где год ми је потребан преносни компактни извор напајања. Надам се да вам се свидео пројекат и научили сте нешто корисно у процесу израде овог модула. Комплетна дела могу се наћи на видео линку доле.

Ако имате било каквих проблема с постизањем резултата, слободно их оставите у одељку за коментаре или користите наша форум за друга техничка питања.