Foxiss Источник питания 5 вольт, многие маломощные устройства довольствуются питанием от одной батарейки типа AA или AAA. Это всего лишь 1,5 В, однако применяемые схемы и компоненты внутренней электроники требуют более высокого напряжения.
Хотя часто ток и потребляемая мощность остаются на очень низком уровне. Разумным решением вместо соединения нескольких батареек последовательно является повышающий преобразователь (step‑up).
При питании от батарей очень важным параметром является КПД такого преобразования энергии. Хорошим примером устройств с такими требованиями являются беспроводные компьютерные мыши, пульты дистанционного управления и т.п.
Выполнение повышающего преобразователя напряжения на дискретных элементах — задача не простая. Ведь мы ожидаем не только высокого КПД, но и того, чтобы вся схема была одновременно компактной, небольших размеров и помещалась в малогабаритном корпусе.
К счастью, были разработаны микросхемы, специально предназначенные для этой цели. Представленная в данном проекте схема формирует и стабилизирует напряжение 5 В от одной батарейки 1,5 В или другого элемента с напряжением ниже требуемых 5 В. Количество необходимых компонентов удивительно мало — всего 3 элемента (плюс два конденсатора и кнопка).
На рисунке выше показана двусторонняя печатная плата, на которой собран прототип, а также принципиальная схема.
Описание схемы и принцип работы источник питания 5 вольт
Предложенная схема настолько экономична по количеству компонентов благодаря использованию микросхемы CE8301 (IC1). Это специализированный контроллер повышающего преобразователя (step‑up), работающий в классическом включении. Он содержит все компоненты драйвера, включая ключевой транзистор и элементы стабилизирующей отрицательной обратной связи.
Используемая версия имеет выходное напряжение 5 В, хотя существуют версии CE8301, позволяющие получать напряжение от 1,8 В до 6,5 В с шагом 0,1 В. Версия IC1, выполнена в SMD‑корпусе с всего тремя выводами. Благодаря этому достигнута такая компактная конструкция всего преобразователя.
Ключевыми дополнительными элементами являются катушка индуктивности L1 и диод Шоттки D1. Из-за высокой частоты переключения требуемая индуктивность составляет всего 22 мкГн, а диод должен быть быстрым — здесь применён 1N5819.
Работа преобразователя основана на классической широтно-импульсной модуляции (ШИМ / PWM), однако также модулируется частота (PFM — Pulse Frequency Modulation). Благодаря этому достигнут высокий КПД преобразования энергии в широком диапазоне нагрузок.
Помимо трёх ключевых элементов (микросхема, дроссель, диод), схема содержит всего два дополнительных электролитических конденсатора, кнопку SW1 и, при необходимости, два двухконтактных разъёма для входного и выходного напряжения.
К входу CON1 можно подключать напряжение в диапазоне от 0,9 В до 5 В, но основное предназначение — 1,5 В от одного элемента батарейки.
Включение переключателя SW1 немедленно запускает работу преобразователя, и на разъёме CON2 появляется напряжение 5 В.
Конденсатор C2 на выходе фильтрует возможные пульсации выходного напряжения с частотой переключения.
Конденсатор C1 на входе является буфером, снижающим динамическое сопротивление, видимое со стороны входа преобразователя.
Важной особенностью при батарейном питании является низкий ток потребления самого контроллера. CE8301 выполнен по технологии CMOS и удовлетворяет этому требованию.
Максимальная частота переключения достигает 100 кГц.
Преобразователь запускается уже при напряжении питания на входе 0,9 В.
Это позволяет полностью использовать ценную энергию батарейки.
При таком низком питании гарантированный ток на выходе составляет 1 мА, что во многих применениях достаточно.
Среди многих доступных версий CE8301X в схеме использовалась базовая версия с фиксированным выходным напряжением 5 В.
Представленный здесь источник питания 5 вольт имеет небольшую мощность, и вся схема содержит всего несколько компонентов. Следует ожидать, что в большинстве использований важны будут малые размеры всей платы. Поэтому в случае необходимости следует использовать двустороннюю плату.
Стоит также заметить, что готовые модули такого типа доступны в продаже, что значительно сэкономит работу над каким-либо проектом, и может потребоваться лишь небольшая доработка купленного модуля. В общем информация для ознакомления и какие схемные решения могут быть использованы.
