Adaptar el voltaje de una batería de ión de litio de una celda a una aplicación de bajo consumo de 3.3 V

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Estoy planeando usar una batería de iones de litio de una sola célula para encender un circuito personalizado. Estoy planeando usar una placa de módulo ESP-12E, ya que la aplicación necesitará conectarse de vez en cuando a Internet para recopilar datos, adquirir datos de sensores, antes de mostrarlos en una pantalla de papel electrónico y luego caer en una profundidad - Dormir por un tiempo dado.

Por lo tanto, globalmente, la aplicación tiende a ser de baja potencia, con corrientes que van desde aproximadamente 50µA a 500mA .

Sabiendo esto, el problema es que no estoy seguro de cómo diseñar la fuente de alimentación. Primero planeé usar un regulador LDO , pero mi chip de protección permite voltajes de hasta 2.5V. Así que estaba planeando permitir que el circuito funcione con voltajes de hasta 3V.

Miré hacia los convertidores de Buck-Boost y los LTC3440 El chip parecía satisfacer mis necesidades. Sin embargo, la hoja de datos no menciona cómo se comportaría en una situación actual de carga baja (< 1mA).

En consecuencia, mi pregunta es:

Debería revisar el rango de voltaje de mi aplicación más alto, lo que significa que debería considerar voltajes que van desde 3.5V a 4V +, o si el convertidor LTC3440 Buck-Boost haría un gran trabajo y permitiría que la aplicación funcione entre 3V 4V + potencia?

    
pregunta Raphaël Ollando

2 respuestas

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Por mucho, la mejor solución es usar un LDO con una corriente de reposo baja.

¿Cuál es la corriente de reposo (también conocida como Iq) de un regulador? Esta es la corriente consumida por el regulador cuando la corriente de salida es cero. En general, si busca un regulador lineal con un Iq bajo, tendrá un Iq mucho más bajo que un convertidor Buck con un Iq bajo (en comparación con otros convertidores Buck). Durante los tiempos en que la corriente de salida es muy baja, el LDO realmente consumirá menos energía que el buck u otro convertidor DC-DC. Esto significa que la vida útil de la batería a nivel del sistema probablemente será mejor con un LDO que con un convertidor reductor.

¿Pero no son ineficientes los LDO? Bueno, vamos a ver eso. ¿Cuál es la eficiencia de un LDO? Suponiendo que la corriente de reposo sea baja, la eficiencia se puede simplificar a Vout / Vin. El Vin promedio para una batería de ion litio es de 3.7V. 3.3 / 3.7 = 89%. Por lo tanto, un LDC bajo de Iq puede alcanzar una eficiencia promedio del 89%. Incluso si utiliza un LDO de 3V, la eficiencia promedio sigue siendo del 81%. Es dudoso que valga la pena usar un dólar incluso si VCC es 3V. Además, la inversión costará más (esto solo importa si va a producir volumen).

Pero las baterías de ión litio (y polímero de litio) pueden descargarse por debajo de 3.3V. La mayoría de las veces, esto es sólo una pista falsa. En realidad, una batería de iones de litio a 3.4 V está prácticamente descargada. Puede continuar descargándolo a un voltaje más bajo, pero la extensión de la vida útil de la batería que se obtiene es realmente mínima.

Por lo tanto, probablemente todavía será mejor y más fácil usar un LDO. Asegúrese de que admita 500 mA máx. Y asegúrese de que su Iq sea aceptablemente bajo (quizás alrededor de 10 uA o menos).

    
respondido por el mkeith
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El módulo ESP-12E dice ser completamente funcional con Vcc = 3.0 V. Más, se basa en ESP8266EX IC . Según las especificaciones de ESP8266, el voltaje de funcionamiento normal para el IC es de 2.5 V a 3.6V. Por lo tanto, debe orientar todo el diseño de la fuente de alimentación para Vbatt = 3.0 V, lo que le dará la máxima vida útil de la batería.

Hay cientos de convertidores DC-DC que pueden operar desde Vin = 3.1 a 4.3V (rango de suministro de iones de litio) al tiempo que proporcionan una salida estable de 2.9-3.0 V con una eficiencia > 90%. Por ejemplo, si prueba el Selector de partes de Texas Instruments (y, en consecuencia, su Webbench) con los siguientes parámetros,

Vin min = 3.1V, Vin máx = 4.5V, Vout = 3.0V Iout = 0.5A

tendrás muchas docenas de opciones. Seleccionando la categoría de "inductor integrado", mi primera opción me llevó a la parte TPS82085SIL . Es posible que no necesite ningún circuito adicional de protección de la batería, ya que el TPS82xxx tiene un bloqueo de bajo voltaje que evita automáticamente que la fuente de la batería se descargue en exceso. Puedes elegir cualquier otra cosa que pueda ser mejor para ti.

    
respondido por el Ale..chenski