【四轴飞行器】【电源部分】3.7V到5.0V、3.3V电路设计

本文介绍了一种针对四轴飞行器的电路设计方案,利用空心杯电机与1S航模电池结合,通过PW5100升压模块将电压升至5V,再借助AMS1117-3.3降压至3.3V,为stm32单片机供电。

电路设计思路

本四轴飞行器采用空心杯电机,即使用1S航模电池进行供电。但1S电压为3.7V~4.0V,不能直接给stm32单片机进行供电,所以通过升压降压电路得到3.3V的电压。先通过PW5100将电压升到5V,再通过AMS1117-3.3将电压降至3.3V。

pcb设计

在这里插入图片描述
注:该pcb把铺铜先去掉了,方便观察电路布局,且是全板铺铜设计。
设计布局思路就是上图所示,经过实物验证5V、3.3V电压是可以得到的,如果有不妥的地方还请读者指正,万分感谢!

在将3.7V锂电池电压通过DC-DC转换为3.3V的应用中,需要根据具体的使用场景(如输出电流需求、效率要求、电路复杂度和功耗限制等)选择合适的芯片方案。以下是一些推荐的电路设计思路和芯片模块。 ### 推荐芯片及模块 #### **FS2128升降压一体DC-DC调整器** FS2128是一款高度集成的升降压一体化DC-DC调整器,非常适合单节锂电池供电的应用场景。其输入电压范围为1.8V至5.0V,输出电压可调,并且在3.3V输出设定下表现出优异的性能[^3]。具体特性如下: - **输入电压范围**:1.8V至5.0V(兼容3.7V锂电池电压波动) - **输出电压范围**:1.2V至5V(可通过两个外部电阻设定) - **输出电流能力**:在4.2V输入下可提供高达2.6A的输出电流,3.0V输入下仍可提供1.7A输出电流 - **转换效率**:高达95%,显著延长电池续航时间 - **静态电流**:仅8μA,关断模式下小于0.1μA - **开关频率**:高达1MHz,支持紧凑的外部电路设计 - **封装形式**:小型化封装,适用于便携设备 FS2128适合对输出电流要求较高且需要高效能转换的设备,例如智能穿戴设备、医疗设备或便携式传感器。 #### **CS5517T升降压一体DC-DC调整器** CS5517T是另一款适用于单节锂电池供电的升降压一体化DC-DC调整器,具有超低功耗和高效率特性[^4]。具体特性如下: - **输入电压范围**:1.8V至5.0V - **输出电压范围**:1.2V至5.0V(可通过两个外部电阻调节) - **输出电流能力**:在3.3V输出下,输入电压为2.7V至4.4V时可提供最大600mA的输出电流 - **静态电流**:极低功耗设计,适合待机模式下的低功耗应用 - **封装形式**:DFN2X2_8L小型封装,适用于空间受限的设备 - **工作温度范围**:-40℃至85℃,适用于多种环境 CS5517T适合对功耗要求严格但输出电流需求不高的应用场景,例如蓝牙设备、低功耗传感器或小型开发板。 #### **PW5300升压DC-DC转换器** 虽然PW5300主要用于升压应用,但其高效率和内置MOSFET的设计使其在特定条件下可作为3.7V至3.3V的降压方案。具体特性如下[^2]: - **输入电压范围**:2.6V至5.5V - **内置功率MOSFET**:降低外部电路复杂度 - **输出电流能力**:高达3A(需结合外部电感和滤波电容) - **转换效率**:高效设计,减少能量损耗 - **内部补偿网络**:减少外部元件数量 PW5300更适合需要高输出电流的应用,但需注意其输出电压调节范围是否满足3.3V需求。 ### 电路设计建议 在设计3.7V锂电池3.3V的DC-DC转换电路时,需注意以下几点: 1. **输入电压波动**:锂电池电压范围通常为3.0V至4.2V,需确保芯片支持此输入范围。 2. **输出电流需求**:根据负载需求选择合适的芯片,如FS2128适用于高电流场景,CS5517T适用于低功耗场景。 3. **效率与功耗**:高效率芯片可显著延长电池续航时间,同时低功耗设计可减少待机能耗。 4. **外部元件选择**:需根据芯片手册选择合适的电感、电容和电阻,以确保电路稳定性。 ### 示例电路设计(FS2128) 以下是一个基于FS2128的典型电路设计示例: ```markdown Vin (3.7V锂电池) ----+---- VCC | +---- FS2128 VIN | GND FS2128 VOUT ----+---- 3.3V输出 | +---- 电阻分压网络(调整输出电压) | GND ``` 电阻分压网络需根据芯片手册计算具体阻值,以确保输出电压3.3V。 ### 示例代码(计算分压电阻) ```python def calculate_resistors(vout, vref, r2): """ 计算分压电阻R1和R2,以设定输出电压 vout: 输出电压 vref: 基准电压(通常为0.6V) r2: 已知的R2阻值 """ r1 = r2 * (vout / vref - 1) return r1 # 示例:设定输出电压3.3V,基准电压0.6V,R2为10kΩ r1 = calculate_resistors(3.3, 0.6, 10000) print(f"R1阻值为 {r1:.2f}Ω") ``` ### 总结 针对3.7V锂电池3.3V的DC-DC转换需求,推荐使用FS2128或CS5517T芯片。FS2128适合高电流输出场景,而CS5517T则适合低功耗应用。根据具体需求选择合适的芯片并设计外围电路,可以实现高效、稳定的电压转换。
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