2026 Make Blocks #5 阶段 1 - 基于 MT3608 单节锂电升压 5V 电源模块设计

一、项目简介

1. 该项目使用了MT3608 异步升压电源芯片、功率电感、贴片滤波电容、贴片分压电阻，实现了单节锂电池 2.5~4.2V 宽输入升压稳压 5V 输出的设计，
它的主要功能为：完整覆盖单节锂电池充放电全电压区间，稳定输出 5V 直流电压，额定 1A 带载能力，支持硬件开关控制 EN 引脚实现低功耗关断，搭载上电电源指示 LED，预留多路电压电流调试测试点位，适配 USB 小负载、无线传感节点、便携显示模块、传感器采集系统供电需求。

二、所选任务介绍

本次 Make Blocks 阶段任务为完成单节锂电池升压至 5V 专用电源模块开发，模块面向 USB 小外设、物联网无线节点、便携显示屏、环境传感器采集设备等嵌入式便携设备供电场景开发。
任务硬性考核要求如下：输入电压完整覆盖单节锂电池 2.5V~4.2V 全工作区间；稳定输出 5V 直流电源；输出带载能力最低 500mA，优先实现 1A 及以上输出电流；输入端设置专用电池接口并清晰标注正负极极性；输出端增设电源工作状态指示 LED；支持 EN 使能引脚控制，可实现低功耗关断功能；PCB 布局严格遵循电感、功率回路走线短粗规范，降低 EMI 干扰与线路导通损耗；板上预留输入电压、输出电压、负载电流专用测试焊盘；项目文档明确标注模块实际输出电流能力与输出纹波设计指标；核心器件需在 DigiKey 平台正常在售、可采购，PCB 非必要器件全部选用贴片电阻，杜绝冗余插件器件敷衍设计。
本设计选用成熟通用异步升压芯片 MT3608，外围器件精简、物料易采购，完整满足全部任务硬性指标，输出电流、纹波等关键参数优于基础任务要求。

三、整体设计方案介绍

（一）板上资源框图

本模块整体划分为 6 大功能子模块：锂电池输入防护单元、MT3608 升压核心单元、EN 硬件使能控制单元、输出滤波与电源指示单元、调试测试点位单元、对外供电输出单元。

1. 锂电池输入防护单元：2P 贴片电池接口，丝印标注 BAT+、BAT - 极性，输入端并联大容量贴片陶瓷电容做初级滤波，搭配防反接基础防护，抑制电池插拔浪涌、静电干扰，为升压芯片提供纯净输入电源；
2. MT3608 升压核心单元：MT3608 主控升压芯片搭配 4.7μH 功率电感、肖特基整流二极管、FB 反馈分压电阻，经典异步 Boost 升压拓扑，将 2.5~4.2V 锂电池电压稳定转换为 5V 稳压输出；
3. EN 硬件使能控制单元：外接拨动开关 SW1 控制 EN 引脚电平，开关拨至 ON 档位 EN 拉高芯片工作，拨至 OFF 档位 EN 拉低芯片进入微安级低功耗关断状态，支持手动硬件通断控制；
4. 输出滤波与电源指示单元：输出端搭配多级低 ESR 贴片陶瓷滤波电容，同时配置限流贴片电阻驱动红色 LED 指示灯，模块正常上电输出 5V 时 LED 常亮，直观反馈模块工作状态；
5. 调试测试点位单元：独立预留测试焊盘，无需改动线路即可用万用表、示波器完成输入电压、输出电压、输出纹波、负载电流测量调试；
6. 对外供电输出单元：预留标准5V+GND 对外输出焊盘，可直接对接 USB 底座、各类负载设备供电。

（二）方案选型依据

本项目选用 MT3608 异步升压转换器作为核心主控芯片，该芯片为行业通用低成本升压方案，DigiKey 平台现货稳定可采购。核心适配优势：输入电压范围 2V~24V，完全覆盖单节锂电池 2.5~4.2V 工作区间；典型工况 3.7V 锂电输入下可稳定实现 5V/1A 输出，满足任务 1A 以上电流要求；原生自带 EN 使能控制引脚，适配硬件开关低功耗关断需求；固定 1.2MHz 开关频率，可选用小体积 4.7μH 功率电感，利于 PCB 小型化布局；内置过流、过热、输出过压基础保护，外围仅需电感、二极管、少量阻容即可搭建完整升压电路，物料通用易采购，适合课程项目快速落地验证。

四、模块主要器件介绍

（一）核心芯片 MT3608

1. 基础参数
   封装 SOT-23-6 贴片封装，开关频率 1.2MHz，异步 Boost 升压拓扑；输入电压 2V~24V；输出电压可调范围 2V~28V；3.7V 锂电输入条件下 5V 输出最大 1.2A；内置 4A 峰值开关电流；自带 EN 使能控制引脚；关断静态电流＜1μA；内置逐周期过流 OCP、芯片过热 OTP、输出过压 OVP 保护功能。
2. 核心功能
   电流模式 PWM 控制架构，通过外部 R1、R2 分压电阻精准设定 5V 输出电压；EN 引脚高电平芯片启动工作，低电平芯片关断输出进入低功耗休眠；重载稳定 PWM 模式控制，保障输出电压稳定性；异步架构搭配外置肖特基二极管完成整流，适配常规升压应用场景，芯片稳定性经过大量量产项目验证。
3. DigiKey 官网器件链接
   https://www.digikey.com/en/products/detail/global-power-tech/MT3608/10205478

（二）配套关键器件说明

1. 功率电感 L1：选用 4.7μH 屏蔽贴片功率电感，饱和电流≥3A，预留充足电流余量，满载工况不会出现电感饱和问题；
2. 整流二极管 D1：选用 SOD-123 封装 DSK34 肖特基二极管，正向压降低、反向恢复速度快，降低整流环节导通损耗，适配高频开关升压电路；
3. 滤波电容：输入端 C1 选用 22μF 贴片陶瓷电容 + 0.1μF 去耦电容；输出端 C2 选用 22μF 贴片陶瓷电容，低 ESR 特性有效压低输出纹波；全板电阻选用 0603 贴片电阻，符合 PCB 禁用非必要插件电阻要求；
4. 辅助器件：0603 红色 LED、1K 贴片限流电阻 R3、110k+15k 精密分压电阻 R1/R2、贴片拨动开关 SW1、贴片电池接插件，完成指示、电压反馈、使能控制、输入防护配套功能。

五、原理图和 PCB 设计介绍

（一）原理图设计要点

1. 输入回路：电池接口明确标注 BAT+、BAT - 正负极丝印，输入端 C1 大容量电容紧邻 MT3608 芯片 VIN 引脚，实现电源就近去耦，抑制输入扰动；
2. 升压核心回路：严格按照 MT3608 官方典型应用电路设计，VIN 引脚接入电池输入电压，SW 引脚串联 4.7μH 功率电感后对接肖特基整流二极管；FB 引脚外接 R1=110k、R2=15k 分压电阻精准设定输出 5V；EN 引脚对接拨动开关 SW1，开关实现高低电平切换控制芯片启停；芯片 GND 引脚直接接入系统公共地；
3. 输出回路：输出节点并联 C2 滤波电容，串联 R3=1K 限流电阻驱动 LED1 电源指示灯，模块正常输出 5V 时指示灯点亮；预留 5V 对外输出焊盘；
4. 测试点位：独立引出 测试焊盘，满足调试阶段电压、纹波、负载电流测量需求；
5. 使能回路：拨动开关 SW1 一端接 VBAT 高电平、一端接 GND 地，切换档位直接控制 EN 引脚电平，实现硬件开关启停模块。

（二）PCB 布局布线

1. 功率回路短粗规范落地：SW 开关节点、功率电感 L1、输入输出电容、整流二极管构成高频功率环路，走线宽度设置≥1.2mm，走线路径最短、环路面积最小，有效降低开关 EMI 电磁辐射与线路阻抗损耗；SW 高频噪声走线远离板边、LED 指示、测试点弱信号区域，避免噪声干扰测量与后级电路；
2. 地平面处理：整板完整铺设 GND 地层，功率地与信号地单点汇合，减小地弹噪声干扰；所有贴片滤波电容紧贴芯片电源引脚摆放，缩短回流路径；
3. 接口布局规范：贴片电池接插件放置 PCB 板右侧边缘，丝印清晰印刷 BAT+、BAT - 正负极标识，规避电池反接失误；拨动开关 SW1 放置板边方便手动操作；对外 5V 输出接口放置左侧边缘，方便接线使用；
4. 器件分区管控：MT3608 芯片、功率电感、整流二极管等功率器件集中布置在板中部功率区域；LED 指示灯、测试点位、分压电阻等弱信号器件分区布置，远离高频功率回路；全板电阻、电容均采用 0805 贴片封装，无多余插件电阻，满足设计规范；
5. 散热优化：MT3608 芯片底部预留大面积 GND 铺铜，辅助芯片满载工况散热，提升大电流长时间工作稳定性。

六、模块主要性能指标和管脚定义

（一）主要性能指标

1. 输入电压范围：2.5V~4.2V，完整覆盖单节锂电池全工作电压区间
2. 输出电压：稳定 5V 直流稳压输出，电压精度 ±2%
3. 输出电流能力：额定1.0A，峰值最大 1.2A，满足任务≥500mA 硬性要求
4. 输出纹波目标：满载 1A 负载工况下，输出纹波≤60mV 峰峰值，满足传感器、无线模块低噪声供电需求
5. 使能控制：EN 引脚≥1.0V 模块开启工作；EN≤0.3V 模块关断，关断静态电流＜1μA，实现超低功耗待机关闭
6. 转换效率：3.7V 标准锂电输入、5V/500mA 负载条件下转换效率≥88%，适配电池供电设备续航需求
7. 内置保护：芯片原生集成输出过压 OVP、逐周期过流 OCP、芯片过热 OTP 三重保护功能

（二）对外管脚定义

七、心得体会

本次项目完整完成基于 MT3608 异步升压电源模块全流程设计，覆盖需求拆解、核心器件选型、原理图绘制、PCB 布局布线、性能指标梳理全工程环节，对异步 Boost 开关电源设计规范有了系统化认知。
器件选型阶段对比多款升压芯片后选择 MT3608，深刻理解通用量产芯片优势：外围电路成熟、物料全球通用、DigiKey 稳定可采购，同时异步架构搭配外置肖特基二极管，调试门槛低、故障排查简单，非常适合课程入门项目实践。在原理图设计环节，严格对照芯片手册计算 FB 分压电阻阻值，精准锁定 5V 输出，理解反馈分压对输出电压精度的核心影响。
PCB 布线环节切实吃透任务 “电感、功率回路走线短粗” 核心要求，认识到开关电源 SW 节点为强干扰源，环路过大会带来 EMI 超标、纹波偏大、发热异常等问题；严格区分功率区域与弱信号区域，避免开关噪声干扰电源指示灯与测试点位测量精度；全程使用贴片阻容器件，遵守项目禁用冗余插件电阻的规范要求。同时完整落地 EN 使能开关、电源指示灯、多路测试点等附加需求，明白工程设计不能仅满足基础电源转换，还要兼顾实际使用调试、安全性、低功耗场景需求。调试前期模拟电池高低压输入测试，验证全电压区间稳压稳定性，对升压电源负载调整率、线性调整率有了直观实操认知。