单节电池升5V,PW5100-50和PW5150到底怎么挑?
做过电池供电产品的应该都碰到过这个问题:手里是一节干电池或者镍氢电池,电压就1.5V左右,后级电路却要5V。这种情况在传感器节点、便携仪表、玩具、小型LED灯、蓝牙遥控器这些产品里很常见。
我最近几个项目刚好都用到了平芯微的升压芯片,一个是PW5100-50,一个是PW5150,都是把低压升到5V的。两颗芯片看起来定位差不多,实际用起来差别还是有的,这里把我的选型思路整理一下。
先说一个容易踩的坑
很多人拿到芯片先看”最大输出电流”,觉得数字大就够用。但升压芯片有个基本物理限制——输入功率要大于等于输出功率(还得算上转换损耗)。输入电压越低,同样的5V输出电流,输入端要抽的电流就越大。
拿1.5V升5V来说,电池本身有内阻,电感和走线也有压降,这些都会吃掉一部分裕量。所以芯片规格书里标的开关限流值,跟你实际能拿到多少5V电流是两码事。更不能拿3.7V输入时的输出能力直接套到1.5V场景,这个我之前吃过亏。
PW5100-50:简单粗暴的固定5V方案
PW5100-50是PW5100系列里专门出5V的版本,型号后缀”-50”就是5.0V的意思。
这颗芯片我用在几个小功率场景里,输入范围官方给的是0.95V~5V,典型启动电压0.95V。架构是PFM升压,工作频率最高1.2MHz,效率标称可以到95%,SOT23-5L封装。因为是固定输出,不需要外接反馈分压电阻,外围器件少,PCB面积能压得比较小。
关于输出能力,我专门查过平芯微官网的应用问答,1.5V输入升5V的情况下,输出大概100多mA。注意这只是经验参考值,实际能出多少跟电池状态、电感选型、PCB layout、温度都有关系。量产之前一定要带载实测。
另外要特别说明一下,资料里出现的”1.5A”不是5V输出电流。这是开关侧的限流参数,典型1.7A,范围1.5A~1.9A。官网提到600mA的输出能力,那个是在VIN约3.7V条件下才能达到的。
外围配置参考:3.3μH电感、10μF输入电容、22μF输出电容,这是规格书推荐值,实际可以在此基础上微调。
有一点要注意:PW5100-50的EN引脚拉低之后,升压确实停了,但输入和输出之间并没有彻底断开。这时候输出电压会往输入电压方向靠拢,不算真正的负载断电。如果你的产品对关机漏电有严格要求,这个特性得考虑进去。
PW5150:功耗更低、保护更全
PW5150同样是固定5V输出的同步升压芯片,但输入范围更宽一些,0.8V~5V,典型启动电压0.8V(测试条件Io=1mA)。
这颗芯片我比较看重的是它的静态电流——典型1.2μA,关断电流典型0.32μA。做电池产品的人都知道,待机功耗每降一点,电池寿命就能多撑一段时间。
工作频率固定1.4MHz,输出电压精度±3%,SOT23-6L封装。
输出能力方面,官方标的是VIN=3.7V时0.5A。但规格书里并没有给出1.5V输入时的保证输出电流,所以不能想当然地认为1.5V也能出500mA。用在1.5V升5V的场景,必须自己搭环境实测,结合电池放电曲线、负载功率和外围参数综合评估。
PW5150有一个我觉得很实用的功能:真正关断。EN拉低后,输入到输出的通路会被断开,关机状态下电池的反向漏电和负载端的漏电都能压下来。此外它还集成了输出短路保护(打嗝重试模式)和过温保护。短路打嗝的参数大概是开启1.3ms、关闭33ms;过温保护触发温度典型155℃,回差25℃。
两颗芯片核心参数对照
我的选型思路
说说我自己的判断逻辑。
如果项目就是简单的1.5V电池升5V,负载电流100mA上下,对成本敏感、PCB空间紧张,我一般先看PW5100-50。外围少、封装小、方案成熟,不需要太多调试就能跑起来。
但如果产品对 standby 功耗有要求,或者需要真正的关机断电,又或者负载端可能出现短路风险,我会倾向PW5150。它的静态电流低一个量级,保护功能也更完整。只不过1.5V输入时的输出能力没有明确规格保证,设计阶段要多花点时间做验证。
实际layout和使用中的一些经验
最后补充几点我在实际项目中碰到的情况。
这两颗芯片的典型应用场景都差不多:单节干电池升5V、镍氢电池升5V、无线传感器、便携仪表、玩具、小型LED设备、蓝牙产品、遥控器、鼠标键盘、手持设备等等。
但在layout的时候,输入电容和电感的位置很关键。大电流回路要尽量短、尽量粗,否则输入端压降过大,芯片可能会出现反复启动的现象。如果负载启动瞬间电流比较大(比如电机或者大功率LED),电感的饱和电流要留够裕量,输入电容也可以适当加大。
另外,电池用到后期电压会下降,设计时要按电池最低放电电压来评估,而不是按全新电池算。这些细节在选型阶段就考虑到,后面调试会省很多事。