Regulado 3.3V de una batería de ión de litio (o LiPo)

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Background

Deseo alimentar mi circuito con una batería de ión de litio o LiPo (probablemente una batería con una capacidad de alrededor de 1000 mAh). Estas baterías tienen un voltaje que va de 4.2V a 2.7V normalmente durante su ciclo de descarga.

Mi circuito (que funciona a 3.3 V) tiene un requisito de corriente máxima de 400 mA, aunque debo decir que este es solo el pico máximo que ocurre aproximadamente el 5% del tiempo; el circuito solo consume aproximadamente 5 mA el 95% restante del tiempo).

Question

¿Cuál sería la mejor manera de convertir el voltaje de salida (cambiante) de una batería de ión de litio en los 3.3V requeridos para alimentar mi circuito con un consumo de corriente máximo de 400 mA? Por "mejor manera", me refiero a la conversión de voltaje más eficiente para hacer el mejor uso de la capacidad de la batería.

La parte difícil para mí ha sido el hecho de que el voltaje de la batería de ión de litio a veces ESTARÁ ARRIBA y, a veces, ¡MÁS ABAJO de mi voltaje final requerido! Si solo fuera uno de esos dos, probablemente hubiera utilizado un regulador LDO o un IC de impulso como TPS61200, respectivamente.

    
pregunta boardbite

5 respuestas

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Debes probar con el convertidor BUCK-BOOST DC / DC. Están disponibles con eficiencia superior al 90%. Echa un vistazo a los sitios web de TI y Linear; hay "calculadoras" que te ayudarían:

Opciones:

respondido por el szymz
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  • Un regulador lineal funcionará tan bien como cualquier otra alternativa.

  • Las opciones de las piezas del regulador que son adecuadas (económicas y con bajo voltaje de caída por debajo de 200 mV a una corriente de alrededor de 400-500 mA) incluyen lo siguiente: TPS73633, TPS73733, TPS79533, TPS79633, LD39080DT33, LD39150PT33, MIC5353.3.3 , ADP124ARHZ-3.3

  • La eficiencia será cercana o superior al 90% para la mayor parte del rango de voltaje de la batería.

  • Probablemente el 80% o más de la capacidad de la batería estará disponible y dejar algo de capacidad en la batería aumentará la vida útil del ciclo de la batería, ya que las baterías LiPo y LiIon "se desgastan menos" si Vbattery no baja demasiado.

  • Un regulador de dólar podría obtener mejores eficiencias si se diseña con mucho cuidado, pero en muchos casos no.

Hoja de datos de TPS72633 : se ha corregido 3.3V, < = 5.5V. Bien debajo Deserción de 100 mV a 400 mA en todo el rango de temperatura. Alrededor de $ US2.55 / 1 en Digikey, cae con volumen.

Hoja de datos de TPS737xx hasta 1A con un abandono de 130 mV típico en 1A.

LD39080 ... hoja de datos 800 mA, abandono correcto.

Usted dice que la carga es un pico de 400 mA en períodos cortos, pero < = 5 mA para el 95% del tiempo. No dice qué capacidad de la batería desea utilizar, pero supongamos una capacidad de 1000 mAh, no es una batería muy grande físicamente y es común en los teléfonos celulares, etc.

Si se desea 3.3V, entonces se puede lograr fácilmente un regulador con Vin > = 3.4V y aún más 3.5V.

Entonces, ¿qué% de la capacidad de la batería obtenemos a 0,4 C a temperatura ambiente? Basado en los gráficos a continuación, probablemente más del 75% a 400 mA y cerca del 100% a 5 mA para una batería de 1000 mAh. Vea abajo.

Para Vout = 3.3V y 90% de eficiencia, Vin = 3.3 x 100% / 90% = 3.666 = 3.7V. Por lo tanto, hasta 3.7 V, un regulador lineal da > = 90%, que es posible superar con un convertidor Buck, pero solo con gran cuidado. Incluso en Vin = 4.0V, eficiencia = 3.3 / 4 = 82.5%, y no demora mucho para que Vin caiga por debajo de esto, por lo que en la mayoría de los casos la eficiencia de un regulador lineal será cercana o superior al 90%, mientras se usa mayoría de la capacidad de la batería.

Aunque creo que la cifra de 3.7 V de D Pollit para Vbattery_min es demasiado alta en este caso, usar una cifra de 3.5V o 3.4V proporcionará la mayor parte de la capacidad de la batería y prolongará la vida útil del ciclo de la batería.

Capacidad como factor de temperatura y carga: 400 mA = 0.4C.

El gráfico de la izquierda a continuación de una hoja de datos de Sanyo LiPo que fue originalmente citado . A una descarga de 0.5C, el voltaje cae por debajo de 3.5V a aproximadamente 2400 mAh o 2400/2700 = 88% de la capacidad nominal de 2700 Ah.

El gráfico de la derecha muestra la descarga a una corriente de C / 1 (~ = 2700 mA) a varias temperaturas. A una temperatura de 0 C (0 grados centígrados), el voltaje cae por debajo de 3.5V a unos 1400 mAh, pero a 25 C es de unos 2400 mAh (según el gráfico de la izquierda), por lo que a medida que la temperatura caiga, podemos esperar una caída sustancial en la capacidad, pero abajo para decir 10 C esperaría 2000 mAh o más. Eso es en la descarga de C / 1, los 400 mA = 0,4C en este ejemplo, y la tasa de descarga del 95% de 5 mA probablemente proporcionará una capacidad nominal casi total.

    
respondido por el Russell McMahon
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Intentaría uno de los siguientes métodos:

  • aumenta el voltaje hasta que no caiga por debajo de 3.3V y luego regula hasta este valor
  • use dos baterías en serie
  • intenta rediseñar el circuito; algunos circuitos integrados con voltaje nominal de 3.3V funcionarán incluso a 2.5V
respondido por el Kamil Domański
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Obtenga una batería de LFP (ferrofosfato de litio). El voltaje nominal es de aproximadamente 3.2V y el voltaje de trabajo varía de 3.0 a 3.3V. Drenar su batería de iones de litio de 4,7 V por debajo de 3,7 V es perjudicial para su vida ya que es inversamente proporcional a la profundidad de descarga

    
respondido por el Abel Rwego
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Para ser honesto, un regulador LDO es probablemente lo suficientemente bueno. Cuando una celda Li-Po llega a 3.3V, ha entregado la mayor parte de su potencia (consulte la curva de descarga de lipo). Muchos dispositivos (esp8266, nrf24l01, etc.) que indican un suministro nominal de 3.3V funcionarán muy por debajo de 3.3V.

Como ejemplo práctico, construí un velocímetro con un transmisor inalámbrico y módulos de receptor / pantalla que utilizan módulos NRF24L01 para los reguladores inalámbricos y lineales BA33BC0T. Tanto el voltaje de la celda del transmisor como el del receptor se muestran en la pantalla del receptor y, en la práctica, disminuyen alrededor de 3.1-3.0V. Viajo en (estos dispositivos funcionan) a temperaturas de 5 a 30 grados C.

Teniendo en cuenta que la hoja de datos de este regulador LDO citó una diferencia de 0.3V-0.5VI / O (¿creo?) y el NRF24L01 cotiza un rango de suministro de 3.0V-3.6V, esto es realmente bueno para un proyecto Li-Po.

    
respondido por el Josh Audette

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