Регульовано 3,3 В від літій-іонної (або LiPo) батареї


35

Фон

Я б хотів живити свій ланцюг літій-іонним або LiPo батареєю (швидше за все, батареєю потужністю близько 1000 мАг). Ці батареї мають напругу, яка зазвичай піднімається від 4,2 до 2,7 В протягом циклу розряду.

Моя схема (працює на 3,3 В) має максимальну потребу в струмі 400 мА - хоча я повинен зазначити, що це лише пікове витяг, що відбувається приблизно в 5% часу; схема затягує лише приблизно 5 мА решту 95% часу).

Питання

Що було б найкращим способом перетворити (мінливу) вихідну напругу літій-іонної батареї в необхідні 3,3 В для живлення моєї схеми з максимальним розривом струму 400 мА? Під «найкращим способом» я маю на увазі найбільш ефективне перетворення напруги, щоб найкраще використовувати ємність акумулятора.

Для мене складною частиною було те, що напруга літій-акумуляторної батареї буде як іноді ВІДБУ, а іноді НЕОБХОДИМО моє необхідне кінцеве напруга! Якби це був лише один із цих двох, я, мабуть, просто використав би або регулятор LDO, або інтегральний пристрій, як TPS61200, відповідно.


1
Ви не хочете зливати ліпо нижче 3,7 В принаймні, якщо плануєте зарядити його ще раз.
— Кріс Страттон

6
@ChrisStratton: 3,7 Вольт ?? Я впевнений, що захист від перенапруги на LiPo та Li-іонах встановлений приблизно в 2,7 В, якщо саме так ви маєте на увазі.
— бортбіт

Якщо ви не хочете, щоб літієві полімерні осередки зберігали свою здатність до подальшої зарядки, це не так. Якщо ви хочете отримати найкращий термін служби з них, не дозволяйте їм опускатися нижче 3,7 В (можливо 3,6 В зовні)
— Кріс Стріттон,

Цікаво про це - не могли б ви надати джерело? Я запитую, тому що, дивлячись на криву розряду будь-якого LiPoly (і Li-іона), виявляється, що точка напруги збігається лише з приблизно половиною розрядженої ємності.
— бортбіт

12
@ChrisStratton: Відповідно до кривих розряду кімнатної температури від Sanyo , при 3,7 Вольт, лише близько 50% потужності було використано при швидкості розряду 1,0 С. І мені не відома жодна література, в якій говориться про те, що термін служби акумулятора LiPo або збереження ємності покращується, уникаючи розряду нижче 3,7 В. Будь ласка, надайте джерело для того, що ви говорите; це, безумовно, буде для мене цінною інформацією, якщо те, що ви говорите, є дійсним.
— бортбіт

Відповіді:


20

Спробуйте спробувати перетворювач BUCK-BOOST DC / DC. Є доступні з ефективністю понад 90% Відвідайте веб-сайти TI та Linear; Є "калькулятори", які допоможуть вам:

Параметри:


Використовували їх графік, і зараз я досліджую TPS63031 або ще TPS63001 як можливі варіанти
— бортбит

3
Лінійна технологія також має кілька повністю синхронних контролерів підвищення рівня долара. Ви не знайдете більш ефективного підходу, ніж синхронний приріст доларів. Інші топології, такі як SEPIC, не настільки ефективні.
— Адам Лоуренс

@Madmanguruman: Дійсно! І деякі з них доступні в «великих» MSOP пакетів: parametric.linear.com/buck-boost_regulator
— boardbite

TPS63031 та TPS63001 відповідають законопроекту, отже, я додав їх до цього відповіді, але для нащадків відповідь буде оновлено далі, коли я детальніше ознайомлююся з лінійними параметрами.
— бордбіт

16
  • Лінійний регулятор буде робити як і будь-яку альтернативу.

  • Варіанти деталей регулятора, які підходять (недорогі та з низькою напругою випаду менше 200 мВ при струмі близько 400-500 мА), включають наступні: TPS73633, TPS73733, TPS79533, TPS79633, LD39080DT33, LD39150PT33, MIC5353-3.3, ADP124ARHZ-3.3

  • Для більшості діапазонів напруги акумулятора ефективність буде близькою до або більше 90%.

  • Ймовірно, 80% + ємність батареї буде доступна, а залишення деякої ємності в акумуляторі буде корисно для тривалості циклу роботи батареї, оскільки батареї LiPo і LiIon «зношуються менше», якщо Vbattery не знизиться занадто низько.

  • Регулятор долара може досягти кращої ефективності, якщо він буде дуже ретельно розроблений, але у багатьох випадках цього не буде.

Таблиця даних TPS72633 - фіксований вихід 3,3 В, <5,5 В дюйма. Свердловина при 100 мВ при 400 мА в діапазоні температур. Близько $ 2,55 / 1 на Digikey падає з обсягом.

Таблиця даних TPS737xx до 1А з випадом 130 мВ, типовим при 1А.

LD39080 ... лист 800 мА, випадання ОК.


Ви кажете, що навантаження становить 400 мА пік протягом коротких періодів, але <= 5 мА протягом 95% часу. Ви не кажете, яку ємність батареї ви хочете використовувати, але припустимо, ємність 1000 мАг - не дуже великий акумулятор фізично і звичайний у мобільних телефонах тощо.

Якщо потрібен 3.3V, то регулятор з Vin> = 3.4V легко досягти, а 3.5V - навіть більше.

Отже, який% від ємності акумулятора ми отримуємо при 0,4 С при кімнатній температурі? На підставі наведених нижче графіків - ймовірно, понад 75% при 400 мА та близько 100% при 5 мА для акумулятора 1000 мАг. Дивись нижче.

Для Vout = 3,3 V та 90% ККД, Vin = 3,3 x 100% / 90% = 3,666 = 3,7 V. Так що до 3,7 В лінійний регулятор дає> = 90% - що можна перевищити за допомогою перетворювача долара, але лише з великою обережністю. Навіть при Vin = 4.0V, ККД = 3,3 / 4 = 82,5%, і він не займе багато часу, щоб Він опустився нижче цього, тому в більшості випадків ефективність лінійного регулятора буде близькою або вище 90%, використовуючи більшість ємностей акумулятора.

Хоча я вважаю, що показник D Pollit 3,7 В для Vbattery_min в цьому випадку занадто високий, використання цифри 3,5 В або 3,4 В забезпечить велику більшість ємностей акумулятора і корисно продовжить термін служби акумулятора.


Ємність як коефіцієнт температури і навантаження: 400 мА = 0,4С.

Лівий графік, наведений нижче, з листа даних Sanyo LiPo, який був цитований спочатку . При розряді 0,5 ° С напруга падає нижче 3,5 В при близько 2400 мАг або 2400/2700 = 88% від номінальної потужності 2700 Ач.

Правий графік показує розряд при струмі С / 1 (~ = 2700 мА) при різних температурах. При температурі 0 ° С (0 градусів Цельсія) напруга падає нижче 3,5 В при температурі близько 1400 мАг, але при температурі 25 С це приблизно 2400 мАг (відповідно до лівої графіки), тому при падінні температури ми можемо очікувати значного падіння ємності, але вниз, щоб сказати, 10 C ви очікували б 2000 мАг або більше. Це при розряді С / 1, 400 мА = 0,4 ° в цьому прикладі, а 95% розряд 5 мА, ймовірно, дасть близьку до повної номінальної потужності.

enter image description here


Це спростило б компонування; оцінюйте наведений вище аналіз - але я ніколи не використовував частину, яка забезпечує до ~ 500 мА при досить низькому випаді (скажімо, 150 мВ або менше, подібному до запропонованого вами); Чи є спільна така частина?
— бортбіт

1
Використовуючи Digikey & Mouser, я знайшов декілька підходящих і недорогих регуляторів LDO, які мають низьку напругу виходу для струму 400-500 мА. Я відредагував Вашу відповідь, щоб включити ці варіанти для майбутніх читачів, які цікавляться Li-ion -> 3.3V
— boardbite

2

Я б спробував один із наступних методів:

  • підвищуйте напругу, поки вона не опуститься нижче 3,3 В, а потім регулюйте до цього значення
  • використовувати два акумулятори послідовно
  • спробуйте переробити цирку; деякі ІМС з номінальною напругою 3,3 В працюватимуть навіть при 2,5 В

2-я і 3-я ідеї, хоча добре знати, в моєму випадку не є варіантами. Щодо першого варіанту, чи не скажете ви, що спочатку посилення його, а потім регулювання - досить неефективний метод?
— бортбіт

Справді, як би більше нічого не спадало на думку.
— Каміль Доманський

2

Отримайте батарею LFP (ферофосфат літію). Номінальна напруга - близько 3,2 В, а робоча напруга - від 3,0 до 3,3 В. Зняття літієво-іонного акумулятора з 4,7 В нижче 3,7 В є згубним для його життя, оскільки воно обернено пропорційно глибині розряду


2

Якщо чесно, регулятор LDO, мабуть, досить хороший. Коли осередок Li-Po опускається до 3,3 В, він передає більшу частину своєї потужності (див. Криву ліпового розряду). Багато пристроїв (esp8266, nrf24l01 тощо), які мають штатну номінальну потужність 3,3 В, працюватимуть значно нижче 3,3 В

Як практичний приклад, я створив спідометр з бездротовим передавачем та модулем приймача / дисплея, використовуючи модулі NRF24L01 для бездротових та лінійних регуляторів BA33BC0T. На дисплеї приймача відображаються як напруга передавача, так і приймача, і на практиці вони вирізають близько 3,1-3,0 В. Я їзжу в (ці пристрої працюють в) температурах від 5 до 30 градусів.

Маючи на увазі, що цей лист даних регулятора LDO цитує різницю 0,3V-0,5VI / O (я думаю?), А NRF24L01 котирує діапазон живлення 3,0 В-3,6 В, це дійсно добре для проекту Li-Po.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.