如何使用 1.2A 96% 效率的 DC-DC 升压转换器，使用单个电池驱动 5V 负载

单节电池(如锂离子/聚合物)的额定电压低于 5V，不适合 5V 逻辑应用(如为 Arduino 板供电)。此外，电池电压会随着使用时间的推移而下降。第一个解决方案可能是使用简单的 LDO(低压差线性稳压器)或降压/升压转换器。使用 LDO 的问题在于 LDO 适合将电压调节到低于电池电压的水平(如 3.3V)。同样，降压转换器适合构建较低的电压。解决方案似乎是使用 DC-DC 升压转换器，但是，当输入和输出电压差较小且电流处理、电路板尺寸和效率很重要时，简单的升压转换器无法解决问题。

元件制造商试图通过引入专门为此类应用而设计的元件来解决此问题。我在下文中使用了一个微型 SOT23-6 MP3120 芯片来设计一个 0.8V-5V 至 5V 的 DC-DC 转换器。转换器的开关频率固定为 1.1MHz，因此应遵循几个设计要求以保证电路稳定运行。该芯片的效率高达 96%，对于如此高的开关频率来说，这是一个有趣的数字。

电路分析

图 1 显示了该设备的原理图。很明显，电路的核心是 MP3120 芯片，有趣的是，它可以承受 5V 的输入电压，输出也是 5V。该芯片不需要任何外部肖特基二极管，从而降低了 PCB 布局的复杂性。

图 1：MP3120 DC-DC 转换器原理图

根据 MP3120 1的数据表: “MP3120 是一款高效同步、电流模式升压转换器。该设备可以将单节或两节 AA 电池升压至 5V。MP3120 可以从低至 0.8V 的输入电压启动，并提供浪涌电流限制以及输出短路保护。集成的 P 沟道同步整流器开关可提高效率，并且无需外部肖特基二极管。当 EN 为低时，P-MOS 将断开输出与输入的连接。此输出断开功能允许输出完全放电，从而使部件在关断模式下吸收不到 1uA 的关断电流。1.1MHz 开关频率允许使用更小的外部元件;内部补偿和软启动最大限度地减少了外部元件数量;所有这些都有助于为各种负载电流提供紧凑的解决方案。

MP3120 具有集成功率 MOSFET，支持高达 5V 的输出和典型的 1.2A 开关电流。即使输入电压高于输出电压，该设备也可以保持输出电压稳定。”

制造商已计算并发布了 3.3V 输出电压的效率图表(图 2)。当输入电压为 3V(红色曲线)且输出电流约为 500mA 时，芯片的性能最佳。当然，在最大输出电流附近，效率会下降。当输入电压高于输出时，记录到的性能最差，这证实了该芯片是为高效升压电池而设计的，而不是降压转换器。

图2：MP3120的效率图(输出：3.3V)

C2 和 C3 是旁路电容，用于降低输入噪声并稳定转换器。R1 和 C1 构建 RC 缓冲电压，以保护 IC1 的内部 MOSFET。C4、C5 和 C5 是输出电容，用于降低噪声并稳定转换器。C4 应尽可能靠近芯片放置。R3 和 R5 以及反馈电阻。D1 是 0805 LED，用于指示输出端是否存在正确的电压。

PCB 布局

图 3 显示了设计的 PCB 布局。这是一块双层 PCB 板。我将 PCB 的底层接地。顶层的某些部分也被接地层覆盖。重要的 PCB 网络(尤其是承载大电流或连接长度应最短的网络)已使用铜层而不是 PCB 轨道进行连接。这种技术使开关电流更容易流动，从而降低了 EMI 和输出噪声。

图 3：MP3120 DC-DC 转换器的 PCB 布局

我在关键区域(例如电容器的接地引脚)放置了一些 VIA，以减少接地路径的长度并最大限度地降低噪声/增强稳定性。电感器应尽可能靠近 VC 引脚放置，输出电容器应尽可能靠近 OUT 引脚放置(尤其是 C4)。输入和输出端子应放置在 PCB 板的同一边缘，正如我在本设计中遵循的那样。您只需将 2 针 2.5 毫米公头焊接到输入端，将相同的接头焊接到输出端。

图 4 显示了 PCB 板的 3D 视图。如果您有计划自己构建一个，可以从参考资料部分的此链接2下载 Gerber 和 NCDrill 文件。图 5 显示了设备的接线图。

图 4：MP3120 DC-DC 转换器 PCB 的 3D 视图

图5：PCB板接线图

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