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.