3.3V yang diatur dari baterai Lithium-ion (atau LiPo)

Latar Belakang

Saya ingin memberi daya pada sirkuit saya dengan baterai Lithium-ion atau LiPo (kemungkinan baterai dengan kapasitas sekitar 1000 mAh). Baterai ini memiliki tegangan yang berkisar dari 4.2V ke 2.7V biasanya selama siklus debitnya.

Sirkuit saya (berjalan pada 3.3V) memiliki persyaratan arus maksimum 400mA - walaupun saya harus menyatakan bahwa ini hanya penarikan puncak yang terjadi sekitar 5% dari waktu; sirkuit hanya menarik sekitar 5mA sisa 95% dari waktu).

Pertanyaan

Apa cara terbaik untuk mengubah (mengubah) tegangan keluaran baterai Lithium-ion menjadi 3.3V yang diperlukan untuk memberi daya pada rangkaian saya dengan arus puncak 400 mA? Dengan "cara terbaik", maksud saya konversi tegangan paling efisien untuk memanfaatkan kapasitas baterai sebaik mungkin.

Bagian yang sulit bagi saya adalah fakta bahwa tegangan baterai Li-ion kadang-kadang DI ATAS dan kadang-kadang DI BAWAH tegangan akhir yang saya butuhkan! Jika itu hanya salah satu dari keduanya, saya mungkin akan menggunakan regulator LDO atau IC boost seperti TPS61200, masing-masing.

Anda harus mencoba dengan konverter BUCK-BOOST DC / DC. Tersedia dengan efisiensi di atas 90%. Periksa situs web TI dan Linear; ada "kalkulator" yang akan membantu Anda:

• http://www.ti.com/lsds/ti/analog/powermanagement/power_portal.page
• http://parametric.linear.com/buck-boost_regulator

Pilihan:

• TPS63031
• TPS63001

• Regulator linier akan melakukan serta alternatif apa pun.

• Pilihan bagian regulator yang sesuai (murah dan dengan tegangan putus rendah di bawah 200mV pada arus sekitar 400-500 mA) meliputi yang berikut: TPS73633, TPS73733, TPS79533, TPS79633, LD39080DT33, LD39150PT33, LD5150333.3, ADP124ARHZ-3.3

• Efisiensi akan mendekati atau lebih dari 90% untuk sebagian besar rentang tegangan baterai.

• Mungkin 80% + kapasitas baterai akan tersedia dan meninggalkan beberapa kapasitas dalam baterai akan menambah masa pakai baterai karena baterai LiPo dan LiIon "aus lebih sedikit" jika Vbattery tidak jatuh terlalu rendah.

• Regulator buck bisa mendapatkan efisiensi yang lebih baik jika dirancang dengan sangat hati-hati tetapi dalam banyak kasus tidak.

Lembar data TPS72633 - memperbaiki 3.3V keluar, <= 5.5V masuk. Di bawah 100 mV putus pada 400 mA di seluruh kisaran suhu. Tentang $ US2.55 / 1 di Digikey, jatuh dengan volume.

Lembar data TPS737xx hingga 1A dengan dropout 130 mV pada 1A.

LD39080 ... lembar data 800 mA, dropout OK.

Anda mengatakan beban adalah 400 mA puncak dalam periode singkat tetapi <= 5 mA untuk 95% waktu. Anda tidak mengatakan apa kapasitas baterai yang ingin Anda gunakan, tetapi mari kita asumsikan kapasitas 1000 mAh - bukan baterai yang sangat besar secara fisik dan umum di ponsel dll.

Jika 3.3V diinginkan maka regulator dengan Vin> = 3.4V mudah dicapai dan 3.5V lebih dari itu.

Jadi berapa% kapasitas baterai yang kita dapatkan pada suhu 0,4 C pada suhu kamar? Berdasarkan grafik di bawah ini - mungkin lebih dari 75% pada 400 mA dan mendekati 100% pada 5 mA untuk baterai 1000 mAh. Lihat di bawah.

Untuk Vout = 3.3V dan efisiensi 90%, Vin = 3.3 x 100% / 90% = 3.666 = 3.7V. Jadi hingga 3.7V, sebuah reguator linier memberi> = 90% - yang dimungkinkan untuk dilampaui dengan buck converter, tetapi hanya dengan sangat hati-hati. Bahkan pada Vin = 4.0V, efisiensi = 3,3 / 4 = 82,5%, dan tidak butuh waktu lama bagi Vin untuk jatuh di bawah ini, sehingga dalam kebanyakan kasus efisiensi regulator linier akan mendekati atau di atas 90%, saat menggunakan Sebagian besar kapasitas baterai.

Sementara saya merasa angka D Pollit sebesar 3,7V untuk Vbattery_min terlalu tinggi dalam hal ini, menggunakan angka 3,5V atau 3,4V akan memberikan sebagian besar kapasitas baterai dan berguna memperpanjang usia baterai.

Kapasitas sebagai faktor suhu dan beban: 400 mA = 0.4C.

Grafik sebelah kiri di bawah ini dari lembar data Sanyo LiPo yang awalnya dikutip . Pada debit 0,5C tegangan turun di bawah 3,5V pada sekitar 2400 mAh atau 2400/2700 = 88% dari kapasitas nominal 2700 Ah.

Grafik kanan menunjukkan pelepasan pada arus C / 1 (~ = 2700 mA) pada berbagai suhu. Pada suhu 0 C (0 derajat Celcius) tegangan turun di bawah 3,5V pada sekitar 1400 mAh, tetapi pada 25 C itu sekitar 2400 mAh (sesuai grafik kiri) sehingga saat suhu turun kita dapat mengharapkan penurunan substansial dalam kapasitas, tetapi turun untuk mengatakan 10 C Anda akan mengharapkan 2000 mAh atau lebih. Itu pada debit C / 1, 400 mA = 0,4C dalam contoh ini, dan tingkat pembuangan 95% dari 5 mA mungkin akan memberikan mendekati kapasitas nominal penuh.

Saya akan mencoba salah satu metode berikut:

• tingkatkan tegangan hingga tidak turun di bawah 3.3V dan kemudian atur ke nilai ini
• gunakan dua baterai secara seri
• mencoba mendesain ulang sirkut; beberapa IC dengan tegangan nominal 3.3V akan bekerja bahkan pada 2.5V

Dapatkan baterai LFP (Lithium ferrophosphate). Nominal Voltage sekitar 3,2V dan tegangan kerja berkisar 3,0 hingga 3,3V. Menguras baterai Lithium Ion Anda dari 4,7V di bawah 3,7V hanya merusak masa pakai baterai karena berbanding terbalik dengan kedalaman pembuangan.

Sejujurnya, regulator LDO mungkin cukup baik. Ketika sel Li-Po turun ke 3.3V, ia telah memberikan sebagian besar kekuatannya (lihat kurva pelepasan lipo). Banyak perangkat (esp8266, nrf24l01, dll.) Yang menyatakan suplai nominal 3.3V akan beroperasi jauh di bawah 3.3V.

Sebagai contoh praktis, saya membangun speedometer dengan pemancar nirkabel dan modul penerima / tampilan menggunakan modul NRF24L01 untuk nirkabel dan regulator linier BA33BC0T. Tegangan sel pemancar dan penerima diperlihatkan pada layar penerima dan pada praktiknya mereka memangkas sekitar 3,1-3,0V. Saya naik (perangkat ini beroperasi) suhu 5 hingga 30 derajat C.

Perlu diingat bahwa lembar data regulator LDO ini mengutip perbedaan 0,3V-0,5VI / O (saya pikir?) Dan NRF24L01 mengutip kisaran pasokan 3,0V-3,6V, ini sangat bagus untuk proyek Li-Po.