一、项目介绍

本项目设计一款基于 TPS61023 同步升压转换器的单节锂电池升压电源模块，可将单节锂电池（2.7V~4.2V）升压至稳定的 5V 输出，为 USB 小负载、无线节点、便携显示模块或传感器系统供电。

核心设计目标：

• 输入电压范围：3.3V ~ 4.2V（兼容单节锂电全工作范围）
• 输出电压：5.0V ± 2.5%
• 最大输出电流： 1.5A
• 输出纹波：≤ ±50mV（峰峰值 ≤ 100mV）

应用场景：

• 电子货架标签
• 可视门铃
• 远程控制器
• 便携式传感器节点
• 无线 IoT 设备

二、核心芯片介绍

1、TPS61023 同步升压转换器

TPS61023 是德州仪器（TI）推出的一款具有 0.5V 超低输入电压的同步升压转换器，采用 SOT-563（DRL） 封装，尺寸仅为 1.2mm × 1.6mm。

选型理由：

TPS61023 具有 3.7A 的开关电流能力，足以支持单节锂电池（2.7V）升压至 5V 输出 1.5A 的应用需求。其超低输入电压能力（0.5V）可充分利用锂电池的放电深度。内部集成低导通电阻 MOSFET，在 5V/1.5A 输出时效率高达 94%，无需外部散热器。SOT-563 超小封装配合少量外部元件，可实现极小尺寸的解决方案。

购买链接：TPS61023DRLT Texas Instruments | 稳压器 - DC-DC 开关稳压器 - DigiKey

2、TPS3839K33DBZR 超低功耗电压监控器

TPS3839K33DBZR 的监控阈值为 2.93V（K33 后缀），可直接监控锂电池电压（3.3V~4.2V），当电池电压跌至 2.93V 以下时，/RESET 引脚立即输出低电平，向 MCU 发出欠压报警信号，有效防止锂电池过放损坏。其 150nA 的超低静态电流几乎不增加系统待机功耗，非常适合电池供电的便携设备，同时内置 120ms 复位延时，可为 MCU 提供稳定的上电复位时序。

购买链接TPS3839K33DBZR Texas Instruments | 监控器 - DigiKey

三、板上资源框图

单节锂电池(3.3V~4.2V)输入到TPS61023 同步升压转换器芯片、使能端可以选择三种模式，跳线帽开、关、引出引脚由单片机控制、后面加入工作状态指示灯、搭配PS3839K33DBZR 超低功耗电压监控器进行发聩电量状态，最后输出5V

四、原理图和PCB

原理图：

[原理图]

1、TPS61023升压5V电路

数据手册链接：TPS61023 3.7-A Boost Converter with 0.5-V Ultra-low Input Voltage datasheet (Rev. B)

数据手册电路参考：

1、FB：FB的上拉电阻R2和V_OUT并联电阻R1，决定输出电压

VIN：3.3V~4.2V

数据手册计算公式参考

V_REF=0.595VVREF​=0.595V(典型值)

V_OUT​=0.595×(1+100750​)=0.595×8.5≈5.057V

2、EN;高电平有效

3、VIN：3.3V和4.2V 先经过大电容低频滤波和小电容高频去耦

4、GND
5、SW和VIN连接电感2.2uH，

可以减低纹波极端电压2.7V，纹波0.63A较小,

数据手册计算公式参考

2、芯片使能端控制

排针引出通过跳线帽去选择工作、停止、MCU控制。设置MCU控制推挽输出，加入电阻和肖特基极管，防止电源电压烧坏MCU

3、指示灯

绿LED:处于工作状态
红lED：电池电量不足

VDD：检测电压：RESET是反馈电压

芯片内部判断VDD是不是低于3.0V，

VDD<2.9V,RESET置0，红LED导通显示

PCB：

PCB布局[顶层]

PCB布局[底层]

电源输入和输出线路全部铺铜连接，其他连接线路全部加粗，

小电容靠近芯片，滤波，MCU、控制线走底层，避免电源线干扰。

3D视图

五、性能指标

六、心得体会

通过本次设计，我深入理解了升压电源的工作流程，掌握了电感选型、反馈网络计算和 PCB 布局的关键要点。2.2μH 电感的选用在纹波抑制、效率和电流裕量之间取得了良好平衡。布局时功率回路短粗、SW 节点远离反馈走线的原则让我体会到布局对电源稳定性的重要影响。TPS3839 的加入实现了电池欠压保护，提升了系统的可靠性，为后续便携设备开发积累了宝贵经验。