制作 ESP32 稳压板的核心目标是:给 ESP32 提供稳定的 3.3V 电源(ESP32 的工作电压必须是 3.3V),同时支持多种供电方式(比如锂电池、USB、外接电源),并具备保护功能(防止过流、接反电源等)。整个流程和搭积木类似,一步步把 “供电→稳压→保护→输出” 这几个模块拼起来,新手也能看懂。
一、先明确:你的稳压板要实现什么功能?
在动手前,先想清楚这 3 个问题(直接决定电路设计):
- 输入电源类型:打算用什么给稳压板供电?
- 常见选择:锂电池(3.7V,适合移动场景)、USB 线(5V,插电脑或充电器)、外部直流电源(比如 7-12V,适合固定场景)。
- 最大输出电流:ESP32 本身峰值电流约 200mA,如果接了传感器、电机等外设,总电流可能到 500mA 甚至 1A。稳压板必须能 “供得上” 这个电流。
- 是否需要锂电池充电功能:如果用锂电池,是否要集成充电电路(比如插 USB 时自动给电池充电)?
二、稳压板的核心组成部分(缺一不可)
不管设计多简单,稳压板都得包含这 5 个部分,按 “电源流动方向” 排列:
1. 输入接口(电源从这进来)
作用:让外部电源能接到稳压板上,比如:
- USB 接口:Micro USB 或 Type-C(方便插手机充电器或电脑,提供 5V 电源);
- 锂电池接口:PH2.0 端子(接 3.7V 锂电池,比如 18650 电池);
- DC 插座:如果用外部 7-12V 电源,加一个 5.5mm DC 插座(注意极性,内正外负)。
注意:如果支持多种输入(比如同时支持 USB 和锂电池),要加 “防倒灌电路”—— 用二极管或 MOS 管,防止锂电池的电通过 USB 接口倒流出去(比如插 USB 时,锂电池不会耗电)。
2. 保护电路(防止板子烧坏)
这是新手最容易忽略但最关键的部分,能避免 “接反电源”“短路” 等低级错误导致的损坏:
- 反接保护:在电源输入端串一个 “肖特基二极管”(比如 SS14),电源接反时二极管截止,电路不通(不会烧元件);
- 过流保护:串一个 “自恢复保险丝”(比如 500mA 或 1A 的),当电流过大(比如短路),保险丝会自动断开,故障排除后恢复导通;
- 稳压芯片保护:在稳压芯片输入端加一个 “10uF 电解电容”+“100nF 陶瓷电容”,过滤电源中的杂波,保护芯片不被冲击损坏。
3. (可选)锂电池充电管理(如果用锂电池)
如果输入包含锂电池,需要一个 “充电芯片”(比如 TP4056,便宜又常用),功能是:
- 插 USB 时自动给锂电池充电,充满后自动停止(防止过充);
- 输出 “电池电压”(3.7-4.2V)给后面的稳压电路。
接线要点:TP4056 的输入端接 USB 的 5V,输出端(BAT 脚)接锂电池,输出(OUT 脚)接稳压电路的输入端。再加一个 “充电指示灯”(红色 LED,充电时亮)和 “充满指示灯”(绿色 LED,充满后亮),方便观察状态。
4. 稳压核心电路(把输入电压转成 3.3V)
这是稳压板的 “心脏”,作用是把输入的不稳定电压(比如锂电池 3.7-4.2V、USB 5V、外部 7-12V)稳定成 3.3V,供 ESP32 使用。
- 稳压芯片选择(根据输出电流选):
- 小电流(≤300mA,仅 ESP32 无外设):选 AMS1117-3.3(便宜,但效率低,发热略大);
- 中电流(≤500mA,带 1-2 个传感器):选 XC6206P332MR(低压差,发热小);
- 大电流(≤1A,带电机、显示屏):选 MP2307-3.3(开关型稳压,效率高,适合大电流)。
接线要点:稳压芯片的 “输入端” 接前面的电源(比如锂电池的输出、USB 的 5V),“输出端” 接 3.3V 输出接口,“接地端” 接 GND。输出端必须加 “10uF 电解电容”+“100nF 陶瓷电容”(过滤输出纹波,否则 ESP32 可能死机)。
5. 输出接口(给 ESP32 供电)
作用:把稳定的 3.3V 电源传给 ESP32,通常用 2.54mm 间距的排针(和 ESP32 开发板的电源引脚对应),至少包含:
- 3.3V 引脚(接 ESP32 的 3.3V);
- GND 引脚(接 ESP32 的 GND,必须共地);
- (可选)5V 引脚(如果需要给 5V 外设供电,直接从 USB 取 5V 输出)。
注意:输出引脚要标注清晰(丝印 “3.3V”“GND”),避免 ESP32 接反烧板。
三、准备工具和材料(列清单,缺一不可)
1. 设计软件(画电路图和 PCB 板)
新手首选立创 EDA(网页版),不用安装,直接在浏览器里画,有现成的元件库(比如 TP4056、MP2307 都能直接搜到),教程多,适合零基础。
2. 元器件清单(按功能分类买)
模块 | 具体元件(举例) | 作用 |
---|---|---|
输入接口 | Micro USB 座、PH2.0 锂电池端子、DC 插座 | 接入外部电源 |
保护电路 | SS14 肖特基二极管、1A 自恢复保险丝 | 防反接、防过流 |
充电管理(可选) | TP4056 充电模块、1kΩ 电阻、红 / 绿 LED | 给锂电池充电、指示状态 |
稳压核心 | MP2307-3.3(或 AMS1117)、10uF 电解电容、100nF 陶瓷电容 | 把输入电压转成稳定 3.3V |
输出接口 | 2.54mm 排针(至少 2Pin:3.3V 和 GND) | 连接 ESP32 |
购买渠道:立创商城(元件质量靠谱,适合小批量)、淘宝(便宜,适合凑单),记得买 “直插封装”(比如 AMS1117-3.3 买 TO-220 封装,好焊接),别买贴片(新手难焊)。
3. 工具(焊接和测试用)
- 焊接工具:60W 恒温电烙铁(新手选带调温的,避免温度太高)、0.8mm 松香芯焊锡(容易上锡)、镊子(夹小元件)、助焊剂(焊接时涂一点,焊点更光滑)。
- 测试工具:万用表(测电压、通断,必备!)、USB 线(给稳压板供电测试)、ESP32 开发板(最后测试是否能正常供电)。
四、设计流程(从画图到出实物,分 4 步)
1. 画原理图(用立创 EDA,1 小时搞定)
打开立创 EDA,新建 “工程”,从元件库拖入所有元件,然后用导线连接,关键路径:
- USB 输入路径:USB 的 5V → 肖特基二极管(防反接) → 自恢复保险丝 → 分两路(一路给 TP4056 充电,一路直接给稳压芯片);
- 锂电池路径:锂电池 → TP4056 的 BAT 脚 → TP4056 的 OUT 脚 → 稳压芯片输入端;
- 稳压输出路径:稳压芯片输出 3.3V → 滤波电容 → 输出排针(3.3V 和 GND)。
画完后用软件的 “DRC 检查”(设计规则检查),确保没有短路、没有未连接的引脚。
2. 画 PCB 板(确定元件位置和布线)
- 布局:把元件 “摆” 在板子上,原则是:电源路径短(比如 USB→稳压芯片→输出接口的线尽量直),发热元件(如 MP2307)远离其他元件,USB 座、输出排针放在板子边缘(方便插拔)。
- 布线:电源线(5V、3.3V、GND)要粗(至少 1mm 宽,大电流的话 2mm),信号线(如果有指示灯)可以细点(0.3mm)。GND 要 “铺铜”(把板子上的空白区域都接 GND),抗干扰能力更强。
- 尺寸:新手建议做 5cm×3cm 的板子(不大不小,方便打样和焊接),四个角留 3mm 螺丝孔(方便固定)。
3. 打样 PCB(把设计图变成实物板)
- 导出 “Gerber 文件”(立创 EDA 里点 “生成制造文件” 即可),发给 PCB 厂家(推荐嘉立创,5 块板几块钱,包邮)。
- 选参数:板厚 1.6mm(常用)、层数 1 层或 2 层(1 层够了,便宜)、阻焊颜色随便(红 / 绿 / 黑)、表面处理 “喷锡”(好焊接)。
- 3-5 天后收到板子,检查有没有断痕、焊盘是否完整。
4. 焊接元件(按顺序焊,不容易出错)
按 “先小后大、先低后高” 的顺序焊(避免后面的元件挡住前面的):
- 先焊 “小元件”:电阻、电容、二极管(注意二极管的正负极,长脚是正极);
- 再焊 “芯片”:TP4056、稳压芯片(注意引脚顺序,别焊反!比如 AMS1117 的引脚是 “输入 - 地 - 输出”);
- 最后焊 “接口”:USB 座、锂电池端子、输出排针(插在面包板上焊,避免焊歪)。
焊完后用万用表 “蜂鸣档” 测 3.3V 和 GND 之间是否短路(正常应该不响),防止焊错短路。
五、测试:分 3 步,确保安全能用
1. 空载测试(不接 ESP32,先测电压)
- 接 USB 电源,用万用表测输出排针的 3.3V 引脚,电压应在 3.2-3.4V 之间(误差太大说明稳压芯片焊错或损坏);
- 接锂电池,同样测 3.3V 输出,确保电压稳定(锂电池电压从 3.7V 降到 3V 时,输出应保持 3.3V)。
2. 带载测试(接 ESP32,看是否工作)
- 把稳压板的 3.3V 和 GND 接 ESP32 的对应引脚,给稳压板供电,看 ESP32 是否能正常启动(指示灯亮,能烧录程序);
- 长时间测试:让 ESP32 运行一个简单程序(比如每隔 1 秒闪灯),持续 1 小时,看是否会死机(如果死机,可能是电源纹波太大,检查输出电容是否接好)。
3. 保护功能测试(关键时刻救命)
- 反接测试:故意把锂电池正负极接反,看稳压板是否无输出(保护生效);
- 短路测试:用导线短接输出的 3.3V 和 GND,自恢复保险丝应断开(输出电压为 0),移除导线后恢复输出(如果烧了,说明保险丝电流选小了)。
六、关键注意事项(新手常踩的坑)
- 稳压芯片别选错:大电流场景(带电机)别用 AMS1117(会过热死机),选 MP2307;
- 电容不能少:稳压芯片输入输出端的电容必须接(10uF+100nF),否则输出纹波大,ESP32 会频繁复位;
- 电源输入别超过芯片上限:比如 MP2307 的最大输入电压是 24V,接 220V 肯定烧(要接外部电源,先确认电压范围);
- 焊接别虚焊:芯片引脚和排针如果虚焊,会导致供电不稳定(时断时续),焊完后用手轻轻掰一下,确保牢固。
按这个流程走,即使是第一次做,也能做出一个稳定的 ESP32 稳压板。核心就是:电源路径要清晰,保护电路不能省,测试要分步骤(先安全后功能)。做好后,你的 ESP32 就再也不怕供电不稳导致的各种奇怪问题了!