Lityum-iyon (veya LiPo) bataryadan ayarlanmış 3.3V


35

Arka fon

Devre lityum iyon veya LiPo pil (muhtemelen yaklaşık 1000 mAh kapasiteli bir pil) ile güç sağlamak istiyorum. Bu aküler tipik olarak boşalma çevrimleri sırasında 4.2V ile 2.7V arasında değişen bir gerilime sahiptir .

Devrem (3.3V'da çalışan) 400mA maksimum akım gereksinimine sahiptir - bunun sadece zamanın% 5'inde meydana gelen en yüksek çekme olduğunu belirtmeliyim; Devre kalan zamanın% 95'ini yalnızca 5mA çeker).

Soru

Bir lityum iyon pilin (değişen) çıkış voltajını, devrime 400 mA'lık maksimum akım akımına kadar güç vermek için gereken 3.3V'a dönüştürmenin en iyi yolu nedir? "En iyi yol" derken, pil kapasitesinden en iyi şekilde yararlanmak için en verimli voltaj dönüşümünü kastediyorum.

Benim için zor olan kısım, Li-ion akü voltajının hem bazen YUKARIDA, hem de AŞAĞIDAKİ gerekli son voltajım OLMASI! Bu ikisinden sadece biri olsaydı, muhtemelen sadece bir LDO regülatörü ya da sırasıyla TPS61200 gibi bir destek IC kullanmıştım.


1
En azından tekrar şarj etmeyi planlıyorsanız, en azından 3.7V'nin altındaki bir lipoyu boşaltmak istemezsiniz.
Chris Stratton

6
@ ChrisStratton: 3.7 Volt ?? LiPo ve Li-iyonlardaki düşük voltaj korumasının, bahsettiğiniz şey buysa, 2.7V civarında olduğundan eminim.
boardbite

Eğer lityum polimer hücrelerinin gelecekteki şarj için kapasitelerini korumalarını istiyorsanız, hayır. Onlardan en iyi hizmeti almak istiyorsanız, 3.7V'nin altına düşmesine izin vermeyin (dışarıda belki 3.6v)
Chris Stratton

Bu konuda merak ediyorum - Bir kaynak sağlayabilir misiniz? Soruyorum, çünkü herhangi bir LiPoly (ve Li-iyon) deşarj eğrisine baktığımda, gerilim noktasının boşalmış kapasitenin yalnızca yarısına denk geldiği anlaşılıyor.
boardbite

12
@ChrisStratton: Sanyo'nun oda sıcaklığı deşarj eğrilerine göre , 3.7 Volt'ta , kapasitenin yalnızca% 50'si 1.0C deşarj oranında kullanıldı. Ve LiPo pil ömrünün veya kapasitenin tutulmasının 3.7V'nin altındaki deşarjdan kaçınarak geliştirildiğini gösteren herhangi bir literatürün farkında değilim. Lütfen söylediklerinize bir kaynak verin; Aslında söylediklerin geçerliyse, kesinlikle benim için değerli bir bilgi olurdu.
boardbite

Yanıtlar:


20

BUCK-BOOST DC / DC dönüştürücü ile denemelisiniz. % 90'ın üzerinde verimlilik mevcuttur. TI ve Linear web sitelerini inceleyin; size yardımcı olacak "hesap makineleri" var:

Seçenekler:


Grafiklerini kullandılar ve şu anda TPS63031 veya başka TPS63001'i olası seçenekler olarak araştırıyorum
boardbite

3
Linear Technology ayrıca bazı tamamen senkronize kova artırma kontrol cihazlarına sahiptir. Eşzamanlı bir yük artırmadan daha verimli bir yaklaşım bulamazsınız. SEPIC gibi diğer topolojiler kadar verimli değil.
Adam Lawrence

@Madmanguruman: Gerçekten de! Bunlardan bazıları "daha büyük" MSOP paketlerinde mevcuttur: parametric.linear.com/buck-boost_regulator
boardbite

TPS63031 ve TPS63001 ürün reçetesine uyuyor ve bu yüzden onları bu cevaba ekledim, ama gelecek için, Lineer seçenekleri daha ayrıntılı olarak kontrol ettikten sonra Cevap daha da güncellenecektir.
boardbite

16
  • Doğrusal bir düzenleyici, herhangi bir alternatifi olduğu gibi yapacaktır.

  • Uygun olan (yaklaşık 400-500 mA akımda 200 mV'nin düşük düşme gerilimi olan) uygun regülatör parçalarının seçenekleri şunlardır:

  • Batarya voltaj aralığının çoğu için verimlilik% 90'a yakın veya üzerinde olacaktır.

  • Muhtemelen% 80 + batarya kapasitesi mevcut olacak ve bataryada bir miktar kapasite bırakılması, Vbattery'nin çok düşmemesi durumunda LiPo ve LiIon bataryaları "daha az yıprandığı" için batarya kullanım ömrüne faydalı olacak.

  • Bir kuruş düzenleyici, çok dikkatli bir şekilde tasarlanmışsa daha iyi verimlilik elde edebilir, ancak çoğu durumda olmaz.

TPS72633 veri sayfası - sabit 3,3V çıkış, <= 5,5V inç. Sıcaklık aralığında 400 mA'da 100 mV düşüşün altında. Digikey'de yaklaşık US2.55 / 1 ABD Doları, hacim ile düşer.

TPS737xx 1A'da tipik olarak 130A'lık bir düşüşle 1A'ya kadar veri sayfaları .

LD39080 ... veri sayfası 800 mA, bırakma işlemi tamam.


Yükün kısa sürelerde 400 mA pik olduğunu, ancak zamanın% 95'inde <= 5 mA olduğunu söylüyorsunuz. Hangi pil kapasitesini kullanmak istediğinizi söylemezsiniz, ancak 1000 mAh kapasiteye sahip olduğunu varsayalım - fiziksel olarak çok büyük bir pil değil, cep telefonlarında vs.

3.3V isteniyorsa, Vin> = 3.4V olan bir regülatör kolayca elde edilir ve daha da 3.5V olur.

Öyleyse, oda sıcaklığındaki akü kapasitesinin% 0,4'ünü 0,4 C'de alıyoruz? Aşağıdaki grafiklere dayanarak - 1000 mAh batarya için muhtemelen 400 mA'da% 75'in üzerinde ve 5 mA'da% 100'e yakın. Aşağıya bakınız.

Vout = 3.3V ve% 90 verimlilik için Vin = 3.3 x 100% / 90% = 3.666 = 3.7V. Böylece 3.7V'a kadar lineer bir regülatör>>% 90 verir - bu da bir dönüştürücü dönüştürücü ile aşmak mümkündür, ancak sadece büyük bir özenle. Vin = 4.0V'de bile, verim = 3.3 / 4 =% 82.5 ve Vin'in bunun altına düşmesi uzun sürmüyor, bu nedenle çoğu durumda doğrusal bir regülatörün verimliliği, Batarya kapasitesinin çoğunluğu

D Pollit'in Vbattery_min için 3.7V değerinin çok yüksek olduğunu düşünmeme rağmen, 3.5V veya 3.4V'luk bir rakam kullanmak batarya kapasitesinin büyük çoğunluğunu sağlayacak ve batarya kullanım ömrünü uzatacaktır.


Sıcaklık ve yük faktörü olarak kapasite: 400 mA = 0.4C.

Aşağıda soldaki grafik , başlangıçta alıntılanan bir Sanyo LiPo veri sayfasından alınmıştır . 0.5C deşarjda voltaj yaklaşık 2400 mAh veya 2400/2700 = 2700 Ah nominal kapasitenin% 88'i altında 3.5V'nin altına düşer.

Sağdaki grafik, çeşitli sıcaklıklarda C / 1 (~ = 2700 mA) akımında deşarjı gösterir. 0 ° C (0 santigrat derece) bir sıcaklıkta, voltaj yaklaşık 1400 mAh'de 3.5V'nin altına düşmektedir, ancak 25 ° C'da yaklaşık 2400 mAh'dir (soldaki grafikte olduğu gibi), sıcaklık düşüşlerinde kapasitede önemli bir düşüş bekleyebiliriz, ama aşağı 10 C söylemek 2000 mAh veya daha fazla bekliyoruz. Bu, C / 1 boşalmasında, bu örnekte 400 mA = 0,4C'dir ve 5 mA'lık% 95'lik boşalma hızı muhtemelen tam nominal kapasiteye yakın olacaktır.

görüntü tanımını buraya girin


Bu, düzeni kolaylaştırır; Yukarıdaki analizi takdir edin - Ama yeterince düşük bir düşüşle ~ 500 mA'ya kadar sağlayan bir parça kullanmadım (önerdiğinize benzer şekilde 150 mV veya daha az); Ortak bir kısım var mı?
boardbite

1
Digikey & Mouser kullanarak, 400-500 mA akım için düşük düşme voltajına sahip birkaç uygun ve ucuz LDO düzenleyici buldum. Ben Li-ion ilgi duyan gelecek okuyucular için bu seçenekleri içerecek şekilde cevap düzenledikten -> 3.3V
boardbite

2

Aşağıdaki yöntemlerden birini denerim:

  • gerilimini 3.3V altına düşene kadar arttırın ve ardından bu değere ayarlayın
  • seri olarak iki pil kullanın
  • kesimi yeniden tasarlamaya çalışın; Nominal gerilimi 3.3V olan bazı IC'ler 2.5V'da bile çalışacaktır.

2. ve 3. fikirler, bilmemize rağmen, benim durumumda seçenek değil. 1. seçeneğe gelince, önce ayrı ayrı güçlendirmenin ve sonra onu düzenlemenin oldukça yetersiz bir yöntem olduğunu söylemez misiniz?
boardbite,

Aslında, aklıma başka bir şey gelmiyor.
Kamil Domański

2

Bir LFP (Lityum ferrofosfat) pili alın. Nominal Gerilim yaklaşık 3,2V'dir ve çalışma gerilimi 3,0 ile 3,3V arasındadır. Lityum İyon pilinizi 4,7V'den 3,7V'nin altına boşaltmak, deşarj derinliği ile ters orantılı olduğu için ömrüne zarar verir


2

Dürüst olmak gerekirse, bir LDO düzenleyicisi muhtemelen yeterince iyidir. Bir Li-Po hücresi 3.3V'a düştüğünde, gücünün çoğunu sağlar (lipo boşalma eğrisine bakın). Nominal 3.3V beslemesini belirten birçok cihaz (esp8266, nrf24101, vb.) 3.3V'un altında çalışacaktır.

Pratik bir örnek olarak, kablosuz ve BA33BC0T doğrusal regülatörleri için NRF24L01 modüllerini kullanarak kablosuz verici ve alıcı / ekran modülleriyle bir hız ölçer oluşturdum. Hem verici hem de alıcı hücre voltajı, alıcının ekranında gösterilir ve pratikte 3.1-3.0V civarında kesinler. 5 ila 30 derece C arasındaki sıcaklıklarda (bu cihazlar çalışıyor) sürüyorum.

Bu LDO düzenleyicisinin veri sayfasının 0,3V-0,5VI / O fark verdiğini (sanırım?) Akılda tuttuğunu ve NRF24L01'in 3.0V-3.6V tedarik aralığından alıntı yaptığını unutmayın, bu gerçekten bir Li-Po projesi için iyidir.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.