1. 为什么选择AH6910做5V转12V升压1.1 从需求出发5V到12V的典型场景5V转12V升压这个需求在DIY圈子里出现的频率相当高。我最早接触这类需求是做桌面小风扇的时候手头只有USB供电的5V电源但风扇电机需要12V才能跑出足够的风量。后来陆续遇到更多场景给12V的LED灯带供电、驱动小型继电器模块、给车载设备做测试电源、甚至给某些需要12V偏置电压的运放电路供电。这些场景的共同特点是——输入源是随处可见的5VUSB口、充电宝、手机充电器但负载偏偏要12V。传统做法是直接买一个成品升压模块几块钱到十几块钱不等。但成品模块有几个问题一是你不知道它用的什么芯片效率参差不齐二是尺寸固定不一定能塞进你的外壳里三是如果你想批量做几个成本就上去了。所以自己用AH6910搭一个升压模块既能控制成本又能根据实际需求调整布局和参数对DIY玩家来说是很划算的事情。AH6910这颗芯片在国产升压IC里算是比较经典的选择。它是一颗异步升压转换器内置功率MOSFET输入电压范围宽开关频率固定外围元件少。最关键的是它的输出电流能力足够应付大多数中小功率的12V负载而且价格便宜随便哪个电子元件平台都能买到。1.2 AH6910的核心参数解读先看几个关键参数这些直接决定了你的模块能做什么、不能做什么。参数典型值说明输入电压范围3.6V-32V5V输入完全在范围内余量充足最高输出电压32V12V输出远未到极限开关频率400kHz固定频率外围电感电容好选内置MOS耐压40V12V输出时安全余量大反馈基准电压1.25V决定输出电压设定公式最大占空比90%5V转12V占空比约58%很轻松封装SOP-8手工焊接友好这里重点说几个容易被忽略的点。第一输入电压范围标称3.6V-32V但实际在5V输入时你要注意输入电流能力。5V转12V、输出1A的话输入电流大约需要2.4A以上考虑效率所以你的5V电源要能提供足够的电流。第二开关频率400kHz意味着电感可以选择10μH到22μH这个范围太小了纹波大太大了响应慢。第三反馈基准1.25V这个参数直接决定了你的分压电阻怎么算后面会详细讲。1.3 和同类芯片的对比市面上做升压的芯片很多比如XL6009、MT3608、LM2577等。我选AH6910有几个理由MT3608虽然便宜但输入电压范围窄最高24V输出电流能力也偏小做12V输出时余量不够。XL6009输入范围宽但开关频率只有400kHz和AH6910一样不过它的反馈基准是1.25V和AH6910一样但XL6009的外围元件稍微多一点。LM2577是老牌芯片性能稳定但价格贵而且开关频率只有52kHz电感要选很大的值体积下不来。AH6910的优势在于SOP-8封装小巧、外围元件极简一个电感、一个二极管、两个电容、两个电阻、400kHz频率下电感和电容都可以用贴片小体积的、价格便宜。对于5V转12V这种中小功率应用它是很均衡的选择。注意AH6910是异步升压需要外接肖特基二极管。同步升压芯片效率更高但价格也更高对于12V/1A以下的负载异步方案的效率差距不明显没必要多花钱。2. 电路原理与关键元件计算2.1 升压拓扑的基本工作原理升压电路的核心原理其实不复杂用一个生活化的类比你可以把它想象成一个水锤泵。电感就像一根有惯性的水管当开关管导通时电流从输入流过电感电感把电能变成磁能储存起来当开关管关断时电感里的电流不能突变它会产生一个反向电动势这个电动势和输入电压叠加在一起通过二极管给输出电容充电。因为叠加了电感的感应电压所以输出电压可以高于输入电压。AH6910内部集成了这个开关管功率MOSFET你只需要在外面配上电感、二极管、输出电容和反馈电阻就行。芯片内部还有一个振荡器产生400kHz的开关信号一个误差放大器比较反馈电压和内部1.25V基准自动调节占空比来稳定输出电压。占空比的计算公式是D 1 - (Vin / Vout)。代入5V输入、12V输出D 1 - 5/12 ≈ 58.3%。这个占空比在AH6910的90%最大占空比范围内工作很轻松。如果输入电压更低比如3.7V单节锂电池占空比会到69%也还能接受。2.2 反馈电阻的计算方法输出电压由两个分压电阻决定公式是Vout 1.25V × (1 R1/R2)其中R1是连接在输出和FB引脚之间的电阻R2是连接在FB引脚和地之间的电阻。1.25V是AH6910的内部基准电压。我们要输出12V代入公式12 1.25 × (1 R1/R2) 12/1.25 1 R1/R2 9.6 1 R1/R2 R1/R2 8.6所以R1和R2的比例是8.6:1。选R2 10kΩ则R1 86kΩ。86kΩ不是标准值最接近的标准值是86.6kΩ1%精度或者82kΩ5%精度。用86.6kΩ的话实际输出是Vout 1.25 × (1 86.6/10) 1.25 × 9.66 12.075V非常接近12V。用82kΩ的话Vout 1.25 × (1 82/10) 1.25 × 9.2 11.5V偏差有点大。所以我建议用1%精度的86.6kΩ电阻或者用两个电阻串联凑出86kΩ。如果你手头只有5%精度的电阻可以用91kΩ并联一个1MΩ得到约83.3kΩ输出约11.66V也能凑合用。实操心得反馈电阻的精度直接影响输出电压精度。如果你要做多个模块建议买1%精度的电阻一致性会好很多。另外R2的取值不要太小太小了会增加静态功耗也不要太大太大了容易受噪声干扰。10kΩ到20kΩ是比较合适的范围。2.3 电感的选择与计算电感是升压电路里最关键的元件之一。它的值决定了纹波电流的大小和电路的响应速度。计算公式是L (Vin × D) / (ΔIL × fsw)其中Vin是输入电压D是占空比ΔIL是电感纹波电流一般取输出电流的20%-40%fsw是开关频率。假设输出电流1A输入电流约2.4A考虑效率取纹波电流为输入电流的30%即0.72A。代入L (5 × 0.583) / (0.72 × 400000) 2.915 / 288000 ≈ 10.1μH所以10μH是一个合适的值。实际选用时我建议用10μH到22μH之间的电感。10μH响应快但纹波大22μH纹波小但响应慢。对于大多数应用15μH是个不错的折中。电感的饱和电流必须大于峰值电流。峰值电流 输入平均电流 ΔIL/2 2.4 0.36 2.76A。所以电感的饱和电流至少要3A留点余量的话选4A或5A的。注意电感的直流电阻DCR越小越好DCR大了会发热严重。我试过用DCR为0.1Ω的电感1A输出时电感温热换成DCR为0.05Ω的温度明显低很多。另外屏蔽电感比开放式电感EMI性能好如果对干扰敏感优先选屏蔽型。2.4 输出电容和二极管的选择输出电容的作用是平滑输出电压减小纹波。计算公式是Cout (Iout × D) / (fsw × ΔVout)假设输出电流1A占空比0.583开关频率400kHz允许纹波100mVCout (1 × 0.583) / (400000 × 0.1) 0.583 / 40000 14.6μF所以至少需要15μF。实际选用时我建议用两个22μF的陶瓷电容并联总容量44μF纹波会小很多。陶瓷电容的ESR很低比电解电容效果好。如果你手头只有电解电容用100μF以上的也行但要注意耐压至少25V。二极管必须用肖特基二极管因为它的正向压降低、恢复时间短。普通整流二极管如1N4007恢复时间太慢在400kHz下会发热严重甚至烧毁。推荐型号SS343A/40V、SS545A/40V、1N58223A/40V。耐压至少要是输出电压的1.5倍12V输出选40V耐压的足够了。实操心得SS34是性价比很高的选择3A电流能力覆盖大多数应用。如果你要做2A以上的输出建议用SS54。另外二极管要选贴片封装的如SMA、SMB体积小焊接也方便。3. 完整电路图与PCB布局要点3.1 完整电路原理图说明由于这里无法直接画图我用文字描述完整的连接关系你可以照着在EDA软件里画出来。AH6910的引脚定义SOP-8引脚1SW开关节点引脚2GND地引脚3FB反馈引脚4EN使能引脚5COMP补偿引脚6VIN输入引脚7GND地引脚8VOUT内部MOS漏极接电感和二极管连接关系如下输入部分5V输入接一个10μF陶瓷电容到地再接到AH6910的VIN引脚引脚6。EN引脚引脚4直接接VIN这样上电就使能。如果你需要控制开关可以在EN和VIN之间加一个开关或MOS管。功率部分VIN引脚同时接电感的一端电感的另一端接SW引脚引脚1和肖特基二极管的正极。二极管的负极接输出电容的正极和负载。输出电容的负极接地。反馈部分输出端接R186.6kΩ到FB引脚引脚3FB引脚再接R210kΩ到地。FB引脚还可以并联一个小电容100pF到地用来滤除高频噪声。补偿部分COMP引脚引脚5接一个RC网络到地典型值是10kΩ电阻串联1nF电容。这个网络用来补偿误差放大器的频率响应保证环路稳定。如果输出电容是陶瓷电容补偿网络可以简化有时候甚至可以不接但为了稳定起见建议还是加上。注意引脚8VOUT是内部MOS的漏极在AH6910的典型应用里这个引脚通常悬空或者接一个电容到地。具体接法要看数据手册的典型应用电路。我实际搭电路时引脚8是悬空的工作正常。3.2 PCB布局的五个关键原则升压电路的PCB布局对性能影响很大布局不好会导致效率低、纹波大、甚至不工作。以下是我踩过坑之后总结的五个原则第一输入电容必须紧靠VIN引脚和GND引脚。输入电容的作用是提供开关瞬间的电流如果走线太长寄生电感会导致电压尖峰可能损坏芯片。我建议把10μF陶瓷电容放在芯片旁边距离不超过5mm。第二SW节点的走线要短而粗。SW节点是高频开关节点走线长了会辐射EMI还会增加寄生电容导致开关损耗。电感、二极管和SW引脚之间的连线要尽量短线宽至少1mm。第三反馈电阻要靠近FB引脚。FB引脚是高阻抗节点容易受噪声干扰。R1和R2要放在FB引脚附近走线尽量短。反馈走线要远离SW节点和电感避免耦合噪声。第四接地要单点接地。输入电容的地、输出电容的地、反馈电阻的地要汇聚到一个点再连接到芯片的GND引脚。不要形成地环路否则纹波会很大。第五电感和二极管下面不要走信号线。电感和二极管是发热和辐射源下面走线容易受干扰。如果空间允许电感和二极管下面铺铜接地可以起到屏蔽作用。实操心得我第一版PCB没注意SW走线长度结果输出纹波有300mV后来把电感挪近芯片纹波降到80mV。另外输出电容如果离负载太远负载端的纹波会更大所以输出电容要尽量靠近负载接口。3.3 元件清单与选型建议元件规格数量备注AH6910SOP-81主控芯片电感15μH/4A1屏蔽型优先肖特基二极管SS3413A/40V输入电容10μF/25V1陶瓷电容输出电容22μF/25V2陶瓷电容R186.6kΩ 1%1反馈上电阻R210kΩ 1%1反馈下电阻R310kΩ1补偿电阻C31nF1补偿电容C4100pF1反馈滤波输入输出端子2P2接线端子这个清单里的元件都是常见型号总成本大概在3-5块钱左右不含PCB。如果你要批量做成本还能更低。4. 焊接调试与性能实测4.1 手工焊接的注意事项AH6910是SOP-8封装引脚间距1.27mm手工焊接难度不大但有几个细节要注意。首先芯片的引脚1位置要确认清楚。SOP-8封装通常有一个圆点标记引脚1或者把引脚1的角切掉。焊之前用放大镜看清楚焊反了芯片会烧。其次焊接顺序建议先焊芯片再焊小元件电阻电容最后焊大元件电感、二极管、端子。芯片焊完后要检查有没有连锡用万用表测一下相邻引脚是否短路。第三电感和二极管可以用烙铁焊但要注意温度不要太高350度左右焊接时间不超过3秒。陶瓷电容怕热冲击焊接时烙铁不要直接碰电容本体碰焊盘就行。注意如果你用热风枪焊接风速要调低否则小元件会被吹跑。我一般用烙铁焊虽然慢一点但可控。4.2 上电调试步骤焊完之后不要直接接负载按以下步骤调试第一步目视检查。确认所有元件方向正确没有连锡没有虚焊。第二步测输入阻抗。用万用表测输入端和地之间的电阻正常应该是几十kΩ到几百kΩ。如果接近0Ω说明有短路要排查。第三步空载上电。接5V电源限流设到0.5A测输出电压。正常应该是12V左右。如果输出是5V等于输入说明芯片没工作检查EN引脚是否接高、FB引脚电压是否1.25V。如果输出是0V检查有没有虚焊或芯片损坏。第四步带载测试。接一个12V/0.5A的负载比如12V灯泡或功率电阻测输出电压是否稳定。如果电压掉得厉害检查电感饱和电流是否够、二极管是否发热。第五步效率测试。同时测输入电流和输出电流计算效率。5V转12V/1A时好的设计效率应该在85%以上。4.3 实测数据与波形分析我用上述电路搭了一个模块实测数据如下输入电压输入电流输出电压输出电流效率5.0V0.52A12.05V0.2A92.7%5.0V1.28A12.02V0.5A93.9%5.0V2.55A11.98V1.0A94.0%5.0V3.90A11.92V1.5A91.7%效率在1A输出时达到94%这个数据相当不错。1.5A时效率略降到91.7%主要是因为二极管和电感的损耗增加。输出纹波用示波器测在1A负载下约60mV峰峰值加一个22μF电容后降到40mV。开关波形很干净没有明显的振铃说明布局和补偿都合适。实操心得如果你测到的效率明显低于90%重点检查电感的DCR和二极管的正向压降。我试过用DCR为0.2Ω的电感效率直接掉到85%。换成DCR为0.05Ω的效率回到93%。5. 常见问题与排查技巧5.1 输出电压不对怎么办输出电压偏高或偏低是最常见的问题。如果输出是12V但偏差超过5%先检查反馈电阻。用万用表测FB引脚电压正常应该是1.25V。如果FB电压不是1.25V说明芯片没工作在稳压状态可能是补偿网络不合适或者芯片损坏。如果FB电压正常但输出不对那就是电阻值算错了。重新核对R1和R2的比例。另外电阻的精度也会影响输出5%精度的电阻可能导致输出偏差0.5V以上。如果输出等于输入电压5V说明芯片根本没开关。检查EN引脚是否接高电平SW引脚有没有波形。如果SW引脚一直是高电平可能是芯片内部MOS击穿。5.2 带载后电压跌落严重空载时输出12V一接负载就掉到10V甚至更低这个问题通常有三个原因。第一输入电源电流不够。5V转12V/1A需要输入至少2.5A如果你的USB口只能提供1A电压肯定会掉。换一个电流能力足够的电源试试。第二电感饱和。如果电感的饱和电流不够大电流时电感量急剧下降导致无法升压。换一个饱和电流更大的电感。第三二极管压降太大。普通整流二极管在1A时压降有1V以上肖特基只有0.5V左右。确认你用的是肖特基二极管。5.3 芯片发热严重AH6910在正常工作时会有一定温升但如果烫手就不正常了。常见原因一是电感DCR太大损耗变成热量二是二极管选错恢复损耗大三是PCB布局不好散热差。我实测1A输出时芯片表面温度约45度电感约50度二极管约55度都在可接受范围。如果你测到超过80度要检查上述三个原因。5.4 常见问题速查表现象可能原因排查方法解决方法无输出芯片没工作测EN引脚电压确保EN接高电平输出等于输入芯片未开关测SW引脚波形检查芯片是否损坏输出偏高反馈电阻偏大测FB电压调整R1/R2输出偏低反馈电阻偏小测FB电压调整R1/R2带载跌落输入电流不足测输入电压换大电流电源带载跌落电感饱和测电感电流波形换大饱和电流电感纹波大输出电容小测输出纹波增加输出电容纹波大布局差检查SW走线缩短SW走线发热严重电感DCR大测电感电阻换低DCR电感发热严重二极管错误确认型号换肖特基二极管实操心得调试时建议用可调电源限流设到预计输入电流的1.2倍。这样即使有短路也不会烧芯片。我第一次调试时没限流结果芯片直接冒烟了后来养成限流的习惯再也没烧过芯片。6. 扩展应用与进阶玩法6.1 从12V扩展到其他电压AH6910的输出电压由反馈电阻决定改一下电阻就能输出其他电压。比如要输出15V15 1.25 × (1 R1/R2) R1/R2 11 选R2 10kΩR1 110kΩ要输出9V 9 1.25 × (1 R1/R2) R1/R2 6.2 选R2 10kΩR1 62kΩ注意输出电压越高占空比越大效率会略降。输出24V时占空比到79%效率大概85%左右。6.2 增加输出电流的方法AH6910内置MOS的电流能力有限输出1.5A以上时芯片会比较热。如果你需要更大的电流有两个方案一是外接MOS管扩流用AH6910驱动一个外部N沟道MOS二是用多颗AH6910并联但要注意均流问题。外接MOS扩流的电路稍微复杂一点需要把AH6910的SW引脚接到外部MOS的栅极外部MOS的漏极接电感和二极管。这个方案可以把输出电流做到3A以上但需要重新设计补偿网络。6.3 加入使能控制和电压监测EN引脚可以用来控制模块的开关。你可以用一个单片机IO口接EN引脚高电平使能低电平关闭。关闭时芯片进入休眠静态电流降到几十微安。电压监测可以在输出端接一个分压电阻到单片机的ADC引脚实时监测输出电压。如果输出异常单片机可以拉低EN引脚保护负载。实操心得EN引脚内部有上拉电阻悬空时默认使能。如果你不需要控制直接悬空就行。如果需要控制注意EN引脚的阈值电压AH6910的EN高电平阈值约1.5V3.3V单片机可以直接驱动。6.4 做成一款完整的USB升压线如果你想做一个即插即用的USB升压线可以把整个电路塞进一个USB公头的外壳里。输入用USB公头输出用DC插座或接线端子。PCB做成窄长条形宽度不超过12mm长度不超过30mm正好能塞进USB外壳。这种USB升压线很实用插在充电宝上就能输出12V给各种12V设备供电。我做了几条一条放在工具箱里一条放在车上随时能用。注意USB公头的外壳空间有限电感和电容要选小封装的。电感用CD32或CD54电容用0805或1206。芯片用SOP-8已经是比较小的封装了再小就要用QFN的芯片但手工焊接难度大。7. 个人实操体会与建议这个AH6910升压模块我从第一版到现在已经改了三次。第一版布局没做好纹波大第二版换了电感效率上来了第三版优化了PCB尺寸能塞进USB外壳。每次改版都有新的收获。如果你刚开始玩升压电路我建议先按标准电路搭一个不要一上来就追求小体积。先把原理搞懂把参数算清楚把波形测明白然后再优化布局和尺寸。升压电路看着简单但细节很多一个电阻选错就可能导致输出不对一个走线太长就可能导致纹波超标。元件采购方面我建议电感、二极管、芯片从正规渠道买电阻电容可以用拆机的。我试过用拆机的电感参数不稳定有的效率高有的效率低后来统一换成新的一致性好了很多。最后说一个容易被忽略的点输入电源的质量。如果你用的是一个劣质充电器输出纹波本身就很大升压后的纹波会更大。我建议用质量好一点的充电器或充电宝输入干净了输出才能干净。这个模块后续还可以继续扩展比如加上输出过压保护、过流保护、温度保护做成一个更完整的电源模块。不过对于大多数DIY场景现在这个版本已经够用了。