सिक्का सेल - 5v आउटपुट का उपयोग करके एकल सेल बूस्टर कनवर्टर सर्किट

पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स को पावर देने के लिए बैटरी सेल सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला ऊर्जा स्रोत हैं। यह एक साधारण अलार्म घड़ी या एक IoT सेंसर नोड हो या एक जटिल मोबाइल फोन, सब कुछ बैटरी द्वारा संचालित होता है। ज्यादातर मामलों में इन पोर्टेबल उपकरणों के लिए एक छोटा रूप कारक (पैकेज का आकार) होना आवश्यक है और इसलिए यह एकल सेल बैटरी द्वारा संचालित होता है, जैसे लोकप्रिय CR2032 लिथियम सेल या अन्य 3.7V लिथियम बहुलक या 18650 सेल। ये कोशिकाएं अपने आकार के लिए उच्च ऊर्जा में पैक करती हैं लेकिन इन कोशिकाओं के साथ एक सामान्य नुकसान इसके ऑपरेटिंग वोल्टेज के साथ है। एक विशिष्ट लिथियम बैटरी में 3.7V का नाममात्र वोल्टेज होता है, लेकिन यह वोल्टेज 2.8V के रूप में नीचे जा सकता है जब पूरी तरह से सूखा और 4.2V के रूप में उच्च जब पूरी तरह से चार्ज किया जाता है जो हमारे इलेक्ट्रॉनिक्स डिजाइनों के लिए बहुत वांछनीय नहीं है जो या तो विनियमित 3.3 के साथ काम करते हैं। ऑपरेटिंग वोल्टेज के रूप में वी या 5 वी।

यह एक बढ़ावा देने वाले कनवर्टर की आवश्यकता को लाता है जो इस चर को 2.8V से 4.2V में इनपुट वोल्टेज के रूप में ले सकता है और इसे लगातार 3.3V या 5V तक नियंत्रित कर सकता है। शुक्र है कि हालांकि BL8530 नामक एक आईसी मौजूद है जो बहुत न्यूनतम बाहरी घटकों के साथ बिल्कुल वैसा ही करता है। इसलिए, इस परियोजना में हम एक कम लागत वाले 5V बूस्टर सर्किट का निर्माण करेंगे जो कि CR2032 सिक्का सेल से 5V का निरंतर विनियमित आउटपुट वोल्टेज प्रदान करता है ; हम इस बूस्टर कनवर्टर के लिए एक कॉम्पैक्ट पीसीबी भी डिजाइन करेंगे, ताकि इसका इस्तेमाल हमारे भविष्य के सभी पोर्टेबल प्रोजेक्ट्स में किया जा सके। बूस्ट कन्वर्टर का अधिकतम आउटपुट करंट 200mA होगाजो बुनियादी माइक्रोकंट्रोलर और सेंसर को बिजली देने के लिए पर्याप्त है। इस सर्किट का एक अन्य लाभ यह है कि, यदि आपकी परियोजना को 5V के बजाय एक विनियमित 3.3V की आवश्यकता होती है, तो उसी सर्किट का उपयोग केवल एक घटक को स्वैप करके 3.3V को विनियमित करने के लिए भी किया जा सकता है। यह सर्किट Arduino, STM32, MSP430 आदि जैसे छोटे बोर्डों को पावर करने के लिए पावर बैंक के रूप में भी काम कर सकता है । हमने पहले सेल फोन को चार्ज करने के लिए लिथियम बैटरी का उपयोग करके इसी तरह के बूस्टर कनवर्टर का निर्माण किया था।

सामग्री की आवश्यकता

• BL8530-5V बूस्टर आईसी (SOT89)
• 47uH प्रारंभ करनेवाला (5 मिमी SMD)
• SS14 डायोड (SMD)
• 1000uF 16V टैंटलम संधारित्र (SMD)
• सिक्का सेल धारक
• यूएसबी महिला कनेक्टर

एकल सेल बूस्ट कनवर्टर डिजाइन विचार

एकल सेल बूस्ट कनवर्टर के लिए डिजाइन की आवश्यकताएं एक साधारण बढ़ावा कनवर्टर से अलग होंगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि यहां एक बैटरी (सिक्का सेल) से ऊर्जा को काम करने के लिए हमारे डिवाइस के आउटपुट वोल्टेज में बढ़ाया जा रहा है। इसलिए ध्यान रखा जाना चाहिए कि बूस्टर सर्किट अधिक से अधिक डिवाइस को चालू रखने के लिए उच्च दक्षता के साथ अधिकतम बैटरी का उपयोग करता है। अपने डिजाइनों के लिए बूस्टर आईसी का चयन करते समय आप निम्नलिखित चार मापदंडों पर विचार कर सकते हैं। इसके बारे में अधिक जानने के लिए आप बूस्ट रेगुलेटर डिज़ाइन पर लेख भी पढ़ सकते हैं।

स्टार्ट-अप वोल्टेज: यह ऑपरेटिंग कनवर्टर शुरू करने के लिए बढ़ावा कनवर्टर के लिए बैटरी से न्यूनतम आवश्यक इनपुट वोल्टेज है। जब आप बूस्टर कन्वर्टर पर पावर देते हैं, तो बैटरी को कम से कम आपके बूस्टर को काम करने के लिए यह स्टार्ट-अप वोल्टेज प्रदान करने में सक्षम होना चाहिए। हमारे डिजाइन में स्टार्ट-अप वोल्टेज की आवश्यकता 0.8V है जो किसी भी पूरी तरह से डिस्चार्ज किए गए सिक्का सेल वोल्टेज से नीचे है।

होल्ड-ऑन वोल्टेज: एक बार जब डिवाइस आपके बूस्ट सर्किट से संचालित होता है, तो बैटरी वोल्टेज कम होना शुरू हो जाता है क्योंकि यह पावर दे रहा होता है। जिस वोल्टेज तक एक बूस्टर आईसी अपने प्रदर्शन को धारण करेगा, उसे होल्ड-ऑन वोल्टेज कहा जाता है। इस वोल्टेज के नीचे IC कार्य करना बंद कर देगी और हमें कोई आउटपुट वोल्टेज नहीं मिलेगा। ध्यान दें कि होल्ड-ऑन वोल्टेज हमेशा स्टार्ट-अप वोल्टेज से कम होगा। यही कारण है कि आईसी को अपने संचालन को शुरू करने के लिए अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होगी और इसके चलने की स्थिति के दौरान यह नीचे बैटरी तरीके को सूखा सकता है। हमारे सर्किट में होल्ड-ऑन वोल्टेज 0.7V है।

क्वेशेंट करंट: हमारे बूस्टर सर्किट की करंट की मात्रा ड्रॉइंग (बर्बाद) होती है, यहां तक ​​कि जब कोई लोड आउटपुट साइड से जुड़ा नहीं होता है, तो क्वाइसेन्ट करंट कहा जाता है। यह मान जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए, हमारे आईसी के लिए अर्ध-वर्तमान का मूल्य 4uA से 7uA के बीच है। यदि डिवाइस लंबे समय तक लोड करने के लिए कनेक्ट होने वाला नहीं है, तो यह मान कम या शून्य होना बहुत महत्वपूर्ण है।

ऑन-रेसिस्टेंस: सभी बूस्ट कन्वर्टर सर्किट में एक स्विचिंग डिवाइस जैसे MOSFET या अन्य FET शामिल होंगे। यदि हम एक कनवर्टर आईसी का उपयोग कर रहे हैं तो यह स्विचिंग डिवाइस आईसी के अंदर एम्बेडेड हो जाएगा। यह महत्वपूर्ण है कि इस स्विच में बहुत कम प्रतिरोध है। हमारे डिजाइन में उदाहरण के लिए, आईसी BL8530 में 0.4 resistance के प्रतिरोध के साथ एक आंतरिक स्विच है जो एक सभ्य मूल्य है। यह प्रतिरोध इसके (ओम) कानून के माध्यम से वर्तमान के आधार पर स्विच में एक वोल्टेज को गिरा देगा जिससे मॉड्यूल की दक्षता कम हो जाएगी।

वोल्टेज को बढ़ावा देने के कई तरीके हैं, उनमें से कुछ हमारे चार्जर सर्किट श्रृंखला में यहां दिखाए गए हैं।

सर्किट आरेख

5V बूस्टर सर्किट के लिए पूर्ण सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है, ईजीएडीए का उपयोग करके योजनाबद्ध रूप से तैयार किया गया था।

जैसा कि आप देख सकते हैं कि सर्किट को बहुत कम से कम घटकों की आवश्यकता होती है क्योंकि बीएल 8530 आईसी द्वारा पूरी मेहनत को खींच लिया जाता है। BL8530 IC के कई संस्करण हैं, यहाँ पर इस्तेमाल किया गया "BL8530-50" जहाँ 50 आउटपुट वोल्टेज 5V का प्रतिनिधित्व करता है। इसी प्रकार IC BL8530-33 में 3.3V का आउटपुट वोल्टेज होगा इसलिए इस IC को बदलने से हम आवश्यक आउटपुट वोल्टेज प्राप्त कर सकते हैं। बाजार में उपलब्ध इस आईसी के 2.5 वी, 3 वी, 4.2 वी, 5 वी और यहां तक ​​कि 6 वी संस्करण भी हैं। इस ट्यूटोरियल में हम 5V संस्करण पर ध्यान केंद्रित करेंगे। आईसी को संचालित करने के लिए केवल एक संधारित्र, प्रारंभ करनेवाला और डायोड की आवश्यकता होती है, आइए देखते हैं कि घटकों का चयन कैसे करें।

अवयवों का चयन

Inductor: इस IC के लिए प्रारंभ करनेवाला मान का उपलब्ध विकल्प 3uH से 1mH है । प्रारंभ करनेवाला के एक उच्च मूल्य का उपयोग उच्च उत्पादन वर्तमान और उच्च दक्षता प्रदान करेगा। हालांकि नकारात्मक पक्ष यह है कि इसे संचालित करने के लिए सेल से एक उच्च इनपुट वोल्टेज की आवश्यकता होती है, इसलिए एक उच्च प्रारंभ करनेवाला मूल्य का उपयोग करने से बैटरी को पूरी तरह से खत्म होने तक काम करने के लिए बढ़ावा देने वाला सर्किट नहीं हो सकता है। इसलिए आउट ऑफ डिजाइन में आउटपुट करंट और न्यूनतम इनपुट करंट के बीच व्यापार बंद होना चाहिए। यहां मैंने 47uH के मूल्य का उपयोग किया है क्योंकि मुझे उच्च आउटपुट वर्तमान की आवश्यकता है, आप इस मूल्य को कम कर सकते हैं यदि आपका लोड आपके डिजाइन के लिए कम होगा। अपने डिजाइन की उच्च दक्षता के लिए कम ईएसआर मूल्य के साथ एक प्रारंभ करनेवाला का चयन करना भी महत्वपूर्ण है।

आउटपुट संधारित्र: संधारित्र का अनुमेय मूल्य 47uF से 220uF तक है। इस आउटपुट कैपेसिटर का कार्य आउटपुट रिपल को फ़िल्टर करना है। इसका मान लोड की प्रकृति के आधार पर तय किया जाना चाहिए। यदि यह एक प्रेरक भार है तो प्रतिरोधक भार के लिए उच्च मूल्य संधारित्र की सिफारिश की जाती है जैसे कि माइक्रोकंट्रोलर या अधिकांश सेंसर कम मूल्य संधारित्र काम करेंगे। उच्च मूल्य संधारित्र का उपयोग करने का दोष लागत में वृद्धि है और यह सिस्टम को धीमा कर देता है। यहाँ मैंने एक 100uF टैंटलम संधारित्र का उपयोग किया है, क्योंकि टैंटलम संधारित्र, सिरेमिक संधारित्र की तुलना में तरंग नियंत्रण में बेहतर हैं।

डायोड: डायोड के साथ एकमात्र विचार यह है कि इसमें बहुत ही कम वोल्टेज ड्रॉप होना चाहिए । यह ज्ञात है कि Schottky डायोड में सामान्य रेक्टिफायर डायोड की तुलना में कम आगे वोल्टेज की बूंदें होती हैं। इसलिए हमने SS14D SMD डायोड का उपयोग किया है जिसमें 0.2V से कम वोल्टेज ड्रॉप फॉरवर्ड है।

इनपुट कैपेसिटर: आउटपुट कैपेसिटर के समान इनपुट कैपेसिटर का उपयोग बूस्ट सर्किट में प्रवेश करने से पहले तरंग वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। लेकिन यहाँ जब से हम अपने वोल्टेज स्रोतों के रूप में बैटरी का उपयोग कर रहे हैं, हमें तरंग नियंत्रण के लिए इनपुट संधारित्र की आवश्यकता नहीं होगी। क्योंकि प्रकृति द्वारा बैटरी उन में किसी भी लहर के बिना शुद्ध डीसी वोल्टेज प्रदान करती है।

अन्य घटक सिर्फ सहायक हैं। सिक्का धारक को पकड़ने के लिए बैटरी होल्डर का उपयोग किया जाता है और यूसीबी पोर्ट को यूएसबी केबल को सीधे हमारे बूस्ट मॉड्यूल से जोड़ने के लिए प्रदान किया जाता है ताकि हम आसानी से आम विकास बोर्डों जैसे अरड्यूनो, ईएसपी 8266, ईएसपी 32 आदि को बिजली प्रदान कर सकें।

आसान ईडीए का उपयोग करते हुए पीसीबी डिजाइन और फैब्रिकेशन

अब जब सिक्का सेल बूस्ट कन्वर्टर सर्किट तैयार हो गया है, इसे गढ़ने का समय आ गया है। चूंकि यहां सभी घटक केवल एसएमडी पैकेज में उपलब्ध हैं, इसलिए मुझे अपने सर्किट के लिए एक पीसीबी बनाना था। इसलिए, हमेशा की तरह हमने अपने PCB को तैयार करने के लिए EasyEDA नामक ऑनलाइन EDA टूल का उपयोग किया है क्योंकि यह पैरों के निशान का अच्छा संग्रह होने के कारण उपयोग करने के लिए बहुत सुविधाजनक है और यह ओपन-सोर्स है।

पीसीबी डिजाइन करने के बाद, हम पीसीबी के नमूनों को उनकी कम लागत वाली पीसीबी निर्माण सेवाओं द्वारा ऑर्डर कर सकते हैं। वे घटक सोर्सिंग सेवा भी प्रदान करते हैं जहां उनके पास इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का एक बड़ा भंडार होता है और उपयोगकर्ता पीसीबी के आदेश के साथ अपने आवश्यक घटकों को ऑर्डर कर सकते हैं।

अपने सर्किट और PCB को डिज़ाइन करते समय, आप अपने सर्किट और PCB डिज़ाइन को भी सार्वजनिक कर सकते हैं ताकि अन्य उपयोगकर्ता उन्हें कॉपी या एडिट कर सकें और अपने काम से लाभ उठा सकें, हमने इस सर्किट के लिए अपने पूरे सर्किट और PCB लेआउट को भी सार्वजनिक कर दिया है, जाँच करें नीचे दिए गए लिंक:

easyeda.com/CircuitDigest/Single-Cell-Boost-Converter

आप परत के 'विंडो' फॉर्म को चुनकर पीसीबी के किसी भी लेयर (टॉप, बॉटम, टॉप्सिलक, बॉटम्सिल्क आदि) को देख सकते हैं । हाल ही में उन्होंने एक 3 डी व्यू विकल्प भी पेश किया है ताकि आप मल्टीसेल वोल्टेज को मापने वाले पीसीबी को भी देख सकें, इस पर ईज़ीईडीए में 3 डी व्यू बटन का उपयोग करके निर्माण के बाद कैसा दिखेगा:

गणना और आदेश ऑनलाइन नमूने

इस 5V सिक्का सेल बूस्टर सर्किट के डिजाइन को पूरा करने के बाद, आप JLCPCB.com के माध्यम से पीसीबी को ऑर्डर कर सकते हैं। JLCPCB से PCB को ऑर्डर करने के लिए, आपको Gerber फाइल की आवश्यकता होती है। अपने PCB की Gerber फाइलों को डाउनलोड करने के लिए बस EasyEDA एडिटर पेज पर जेनरेट फैब्रिकेशन फाइल बटन पर क्लिक करें, फिर वहां से Gerber फाइल डाउनलोड करें या आप जेएलसीपीसीबी के ऑर्डर पर क्लिक कर सकते हैं जैसा कि नीचे दी गई इमेज में दिखाया गया है। यह आपको JLCPCB.com पर पुनर्निर्देशित करेगा, जहां आप उन पीसीबी की संख्या का चयन कर सकते हैं, जिन्हें आप ऑर्डर करना चाहते हैं, आपको कितने कॉपर लेयर की जरूरत है, पीसीबी की मोटाई, कॉपर का वजन और यहां तक ​​कि पीसीबी का रंग, जैसा नीचे दिखाया गया है। एक और अच्छी खबर यह है कि, अब आप JLCPCB से एक ही कीमत पर सभी कलर PCB पा सकते हैं । इसलिए मैंने केवल कुछ सौंदर्यवादी नज़र के लिए काले रंग में मेरा फैसला किया, आप अपना पसंदीदा रंग चुन सकते हैं।

JLCPCB बटन पर ऑर्डर पर क्लिक करने के बाद, यह आपको JLCPCB वेबसाइट पर ले जाएगा, जहाँ आप किसी भी रंग की PCB को बहुत ही कम रेट में ऑर्डर कर सकते हैं जो सभी रंगों के लिए $ 2 है। उनका निर्माण समय भी बहुत कम है जो कि 3-5 दिनों के डीएचएल वितरण के साथ 48 घंटे है, मूल रूप से आपको ऑर्डर करने के एक सप्ताह के भीतर अपने पीसीबी मिल जाएंगे। इसके अलावा, वे आपके पहले ऑर्डर के लिए शिपिंग पर $ 20 की छूट भी दे रहे हैं।

पीसीबी को ऑर्डर करने के बाद, आप अपने पीसीबी के प्रोडक्शन प्रोग्रेस को तारीख और समय के साथ देख सकते हैं। आप इसे खाता पृष्ठ पर जाकर जाँचते हैं और नीचे चित्र में दिखाए अनुसार पीसीबी के नीचे "प्रोडक्शन प्रोग्रेस" लिंक पर क्लिक करते हैं।

पीसीबी के आदेश देने के कुछ दिनों के बाद मुझे अच्छी पैकेजिंग में पीसीबी के नमूने मिले, जैसा कि नीचे दिए गए चित्रों में दिखाया गया है।

बूस्ट कन्वर्टर पीसीबी तैयार हो रहा है

जैसा कि आप ऊपर की छवियों से देख सकते हैं कि बोर्ड बहुत अच्छे आकार में था और सभी पैरों के निशान और जगह आवश्यक आकार में होगी। इसलिए, मैंने बोर्ड पर सभी एसएमडी घटकों को टांका लगाने और फिर छेद के माध्यम से आगे बढ़ाया। कुछ ही मिनटों में कार्रवाई के लिए तैयार मेरा पीसीबी। सभी टांके वाले घटकों और सिक्का सेल के साथ मेरा बोर्ड नीचे दिखाया गया है

परीक्षण सिक्का सेल बूस्टर मॉड्यूल

अब जब हमारा मॉड्यूल सेट हो गया है और संचालित हो गया है तो हम इसका परीक्षण शुरू कर सकते हैं। बोर्ड से बढ़ा हुआ 5V आउटपुट या तो USB पोर्ट से प्राप्त किया जा सकता है या यद्यपि पुरुष हेडर पिन इसके पास होता है। मैंने अपने मल्टीमीटर का उपयोग आउटपुट वोल्टेज को मापने के लिए किया और जैसा कि आप देख सकते हैं कि यह 5 वी के करीब था। इसलिए हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि हमारा बूस्ट मॉड्यूल ठीक से काम कर रहा है।

इस मॉड्यूल का उपयोग अब माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड या अन्य छोटे सेंसर या सर्किट को बिजली देने के लिए किया जा सकता है। ध्यान रखें कि यह जो अधिकतम करंट दे सकता है वह केवल 200mA का होता है इसलिए भारी भार को चलाने की अपेक्षा न करें। हालाँकि मैं इस छोटे और कॉम्पैक्ट मॉड्यूल के साथ अपने Arduino बोर्डों और ESP बोर्डों को शक्ति देने से खुश था। नीचे दी गई छवियां Arduino और STM को बढ़ावा देने वाले कनवर्टर को दिखाती हैं ।

पिछले ब्रेडबोर्ड पावर सप्लाई मॉड्यूल की तरह यह सिक्का सेल बूस्टर मॉड्यूल भी मेरी इन्वेंट्री में जोड़ा जाएगा ताकि मैं अपने सभी भविष्य की परियोजनाओं में उनका उपयोग कर सकूं जहां मुझे पोर्टेबल कॉम्पैक्ट पावर स्रोत की आवश्यकता है। आशा है कि आप इस परियोजना को पसंद करेंगे और इस मॉड्यूल के निर्माण की प्रक्रिया में उपयोगी कुछ सीखेंगे। पूरा काम नीचे दिए गए वीडियो में पाया जा सकता है ।

यदि आपको काम करने में कोई समस्या है, तो टिप्पणी अनुभाग में उन्हें छोड़ने के लिए स्वतंत्र महसूस करें या अन्य तकनीकी प्रश्नों के लिए हमारे मंचों का उपयोग करें।