任务介绍
本次我选择的任务是设计一款从单节锂电池升压到5V 的电源模块，可用于 USB 小负载、无线节点、便携显示模块或传感器系统。
方案介绍
我的设计方案是选择LT1032作为升压芯片。按照任务的设计要求：
1、输入范围覆盖单节锂电池工作电压
2、输出 5V 电源
3、输出电流能力不低于 500mA，鼓励做到 1A 以上
4、支持 EN 使能控制或低功耗关闭（对LT1032芯片，控制端为SHDN）
LT1032芯片完全可以胜任。LT1302CN8-5#PBF 是 ADI 公司推出的一款微功率、高输出电流的升压型 DC-DC 转换器，PDIP8封装，其核心特点是：
1、能以简单的电池输入（支持 2V 至 8V 的输入电压范围），产生固定的5V 输出，并在很宽的负载范围内保持高效率。
2、内置的低损耗NPN 功率开关管可处理高达 2A 的开关电流，能够为负载提供充足的功率。
3、芯片会根据负载电流大小，在以下两种模式间自动切换，从而在宽负载范围内都保持高效率。
a.轻载时：进入 Burst Mode®（突发模式），通过脉冲跳跃来降低开关损耗，有效延长电池寿命。
b.重载时：切换至电流模式，提供快速的瞬态响应和良好的电压调整率。
4、正常工作时的静态电流仅为200µA，而在关断（Shutdown）模式下，电流消耗会进一步降低至 15µA，非常适合电池供电的便携设备。
它的8个引脚功能说明如下：
引脚编号 | 引脚名称 | 功能说明 |
1 | GND | 信号地，内部电路的参考地，反馈回路和输入端的旁路电容应直接、单点连接至此引脚，以避免开关噪声的干扰 |
2 | VC | 频率补偿，用于连接外部电阻和电容组成的串联网络到地，以稳定控制环路。连接时应尽量缩短走线长度 |
3 | SHDN | 关断控制。高电平有效，引脚拉高至高电平时，芯片进入关断模式，功耗极低；在正常工作时，需将其接地。 |
4 | FB/Sense | 反馈/检测。此引脚内部连接到一个固定的电阻分压网络，用于检测输出电压并实现5V的稳压输出。 |
5 | IT | 工作模式选择。通常悬空，芯片会以突发模式工作以提升轻载效率。若通过一个3.3k电阻接地，则会强制芯片进入电流模式，这有助于消除低频噪声，但会牺牲轻载下的部分效率。 |
6 | Vin | 电源输入端，输入电压范围为2V至8V。此引脚需要连接一个0.1µF的陶瓷电容和一个大容量的电解电容进行旁路，在输入电压高于5V时，建议串联一个小电阻以隔离噪声。 |
7 | SW | 开关节点。内部NPN功率开关管的集电极。需要将此引脚与外部的电感和肖特基二极管直接相连。 |
8 | PGND | 功率地。这是内部功率开关管的发射极地，承载较大的开关电流。 |
方案框图：
模块介绍
根据本次任务要求，我选用LT1032芯片设计的单节锂电池（选用的是18650电池，输出电压3.6V ～ 4.2V）升压为稳定5V输出的模组。选择这款芯片的原因是，它的外围电路构成比较简单，输出功率大，输出电流可以达到2A。工作温度范围为 0°C 至 70°C。电源输入端因为预定直接使用18650电池，所以选择了对应的电池盒子。如果不是18650电池的场合，依旧可以通过H1和GND引脚接入其他形式的电池输入。电源输入端加了防反接二极管和TVS保护。输入端的电源指示为红色LED。输出口使用螺钉式接线端子和A类USB母座，方便灵活选择输出方式。A类USB母座支持使用对象为USB设备的工作场景。输出电源使用绿色LED作为指示灯。模块可以通过控制SHDN端控制工作的使能控制。禁止场合，系统处于低功耗运行状态。在输入端和输出端均加入了测试点以及电流检测端子。
虽然不是按照手册建议的那样制作PCB，还是希望自己做的PCB能够稳定低输出5V、1A的效果。查资料了解到在使用铝电解电容场合，纹波有可能达到500mV，而我这里使用的X7R品质的钽电容，而且是多个并联的设计，希望纹波能控制在200mV以内。
LT1032芯片的DigiKey连接：
https://www.digikey.cn/zh/products/detail/analog-devices-inc/LT1302CN8-5-PBF/889560
原理图和PCB介绍
原理图
PCB顶层
PCB底层
3D效果图
模块主要性能指标和管脚定义
类型 | 单节锂电池升压到5V 的电源模块 |
核心 | LT1302CN8-5PBF |
输入电源形式 | 单节18650电池 |
输入电压范围 | 2V - 5V（可选） |
输出电压 | 5.0V |
输出电流（A） | 2A（理论值） |
输出形式 | 2P接线端子、A型USB母座 |
支持使能控制或低功耗关闭 | 支持。按钮开关控制 |
板卡尺寸 | 约87mm x 53mm |
输出端管脚定义（CN1）
编号 | 管脚名 |
1 | 地 |
2 | 5V |
输出端管脚定义（USB1）
编号 | 管脚名 |
1 | 5V |
4 | 地 |
板上设置及标识
编号 | 数量 | 标号 | 型号或值 | 描述 |
1 | 10 | C1,C2,C3,C4,C5,C6,C9,C10,C11,C12 | 100uF | 整流 |
2 | 1 | C7 | 100nF | 滤波 |
3 | 1 | CN1 | C50126V-2P0G56 | 电源输出端子 |
4 | 1 | D1 | MBRS130LT3G | 升压用肖特基二极管 |
5 | 1 | D2 | SS34F | 防反接 |
6 | 1 | D3 | SMAJ5.0A | TVS保护 |
7 | 1 | H1 | 2.54mm间距的排针 | 检测电流用端子 |
8 | 1 | H2 | 2.54mm间距的排针 | 检测电流用端子 |
9 | 1 | L1 | 10uH | 电感 |
10 | 1 | LED1 | 3mm红色LED | 输入电源指示 |
11 | 1 | LED2 | 3mm绿色LED | 输出电源指示 |
12 | 1 | R1 | 3.3kΩ | 电流模式工作电阻。可不接 |
13 | 1 | R2 | 4.7kΩ | 与C8构成频率补偿 |
14 | 2 | R3,R4 | 2kΩ | 指示LED限流电阻 |
15 | 1 | SW1 | TB-8585S-AWZ13526 | 工作使能控制 |
16 | 1 | U1 | LT1302CN8-5#PBF | 升压芯片 |
17 | 1 | U2 | BH-18650-A1BJ033 | 18650电池盒子 |
18 | 1 | USB1 | AF 90° WJDG | A型USB输出母座 |
19 | 1 | C8 | 100nF | 与R2构成频率补偿 |
心得体会
设计电源模块，一定要根据所选芯片，选择合适的外围元器件参数。电路中加入必要的保护。设计PCB最好遵循器件手册的实际原则。与设计核心板这类的设计相比，设计这种电源模块要考虑的因素太多了。另外对比手册中的说明，我这个板子设计有两层覆铜接地层，不知道对输出电压以及纹波有什么影响。
john
林知予
沈若溪