Được điều chỉnh 3,3V từ pin Li-ion (hoặc LiPo)

Lý lịch

Tôi muốn cung cấp năng lượng cho mạch của mình bằng pin Lithium-ion hoặc LiPo (có thể là pin có dung lượng khoảng 1000 mAh). Những pin này có điện áp đi từ 4.2V đến 2.7V thường trong chu kỳ xả của chúng.

Mạch của tôi (chạy ở 3,3V) có yêu cầu tối đa là 400mA - mặc dù tôi nên nói rằng đây chỉ là mức rút cao nhất xảy ra khoảng 5% thời gian; mạch chỉ rút ra khoảng 5mA 95% còn lại).

Câu hỏi

Điều gì sẽ là cách tốt nhất để chuyển đổi điện áp đầu ra (thay đổi) của pin Lithium-ion thành 3,3V cần thiết để cung cấp năng lượng cho mạch của tôi với mức rút tối đa 400 mA? Theo "cách tốt nhất", ý tôi là chuyển đổi điện áp hiệu quả nhất để sử dụng tốt nhất dung lượng pin.

Phần khó khăn đối với tôi là thực tế là điện áp pin Li-ion đôi khi TRÊN và đôi khi DƯỚI điện áp cuối cùng cần thiết của tôi! Nếu đó chỉ là một trong hai thứ đó, có lẽ tôi vừa mới sử dụng bộ điều chỉnh LDO hoặc IC tăng cường như TPS61200, tương ứng.

Bạn nên thử với bộ chuyển đổi DC / DC Bucks-BOOST. Có sẵn với hiệu quả trên 90% Kiểm tra các trang web TI và tuyến tính; có những "máy tính" sẽ giúp bạn:

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

Tùy chọn:

• TPS63031
• TPS63001

• Một bộ điều chỉnh tuyến tính sẽ làm về cũng như bất kỳ thay thế.

• Các tùy chọn của các bộ phận điều chỉnh phù hợp (rẻ tiền và có điện áp rơi dưới 200mV ở mức khoảng 400-500 mA) bao gồm: TPS73633, TPS73733, TPS79533, TPS79633, LD39080DT33, LD39150PT33, MIC3.333.333

• Hiệu suất sẽ gần bằng hoặc trên 90% đối với hầu hết dải điện áp pin.

• Có thể 80% dung lượng pin sẽ có sẵn và để lại một phần dung lượng trong pin sẽ bổ sung hữu ích cho tuổi thọ pin vì pin LiPo và LiIon "hao mòn" nếu Vbattery không giảm quá thấp.

• Một bộ điều chỉnh buck có thể có hiệu quả tốt hơn nếu được thiết kế cực kỳ cẩn thận nhưng trong nhiều trường hợp thì không.

Bảng dữ liệu TPS72633 - đã sửa lỗi 3,3V, <= 5,5V. Bỏ dưới 100 mV ở 400 mA trong phạm vi nhiệt độ. Khoảng US $ 5,5 / 1 tại Digikey, giảm theo khối lượng.

Bảng dữ liệu TPS737xx lên đến 1A với mức giảm 130 mV điển hình ở 1A.

LD39080 ... bảng dữ liệu 800 mA, bỏ học OK.

Bạn nói rằng tải là 400 mA đỉnh trong khoảng thời gian ngắn nhưng <= 5 mA trong 95% thời gian. Bạn không nói bạn muốn sử dụng dung lượng pin nào, nhưng hãy giả sử dung lượng 1000 mAh - không phải là pin rất lớn về mặt vật lý và phổ biến trong điện thoại di động, v.v.

Nếu muốn 3,3V thì một bộ điều chỉnh có Vin> = 3,4V có thể dễ dàng đạt được và 3,5V thậm chí còn hơn thế.

Vì vậy, bao nhiêu% dung lượng pin chúng ta nhận được ở 0,4 C ở nhiệt độ phòng? Dựa trên các biểu đồ bên dưới - có thể hơn 75% ở 400 mA và gần 100% ở 5 mA cho pin 1000 mAh. Xem bên dưới.

Đối với Vout = 3,3V và hiệu suất 90%, Vin = 3,3 x 100% / 90% = 3,666 = 3,7V. Vì vậy, lên đến 3,7V một bộ điều chỉnh tuyến tính cho> = 90% - có thể vượt quá với bộ chuyển đổi buck, nhưng chỉ với sự cẩn thận cao. Ngay cả ở Vin = 4.0V, hiệu suất = 3,3 / 4 = 82,5% và không mất nhiều thời gian để Vin giảm xuống dưới mức này, do đó, trong hầu hết các trường hợp, hiệu suất của bộ điều chỉnh tuyến tính sẽ gần hoặc trên 90%, trong khi sử dụng phần lớn dung lượng pin.

Mặc dù tôi cảm thấy con số 3,7V của Vbattery_min của D Pollit là quá cao trong trường hợp này, sử dụng con số 3,5V hoặc 3,4V sẽ cung cấp phần lớn dung lượng pin và sẽ kéo dài thời gian sử dụng pin một cách hữu ích.

Công suất như một yếu tố của nhiệt độ và tải: 400 mA = 0,4C.

Biểu đồ bên trái dưới đây từ bảng dữ liệu Sanyo LiPo ban đầu được trích dẫn . Ở mức xả 0,5C, điện áp giảm xuống dưới 3,5V ở khoảng 2400 mAh hoặc 2400/2700 = 88% công suất danh định là 2700 Ah.

Biểu đồ bên tay phải cho thấy sự phóng điện ở dòng điện C / 1 (~ = 2700 mA) ở các nhiệt độ khác nhau. Ở nhiệt độ 0 C (0 độ C), điện áp giảm xuống dưới 3,5V ở khoảng 1400 mAh, nhưng ở 25 C, khoảng 2400 mAh (theo biểu đồ tay trái), do đó nhiệt độ giảm xuống, chúng ta có thể mong đợi giảm công suất đáng kể, nhưng giảm xuống còn 10 C bạn mong đợi 2000 mAh trở lên. Đó là ở mức xả C / 1, trong ví dụ này, 400 mA = 0,4C và tỷ lệ xả 95% của 5 mA có thể sẽ cung cấp gần với công suất danh nghĩa đầy đủ.

Tôi sẽ thử một trong các phương pháp sau:

• tăng điện áp cho đến khi nó không giảm xuống dưới 3,3V và sau đó điều chỉnh xuống giá trị này
• sử dụng hai pin nối tiếp
• cố gắng thiết kế lại đường dẫn; một số IC có điện áp danh định 3,3V sẽ hoạt động ngay cả ở mức 2,5V

Nhận pin LFP (Lithium ferrophosphate). Điện áp danh định khoảng 3,2V và điện áp làm việc dao động từ 3.0 đến 3.3V. Việc rút pin lithium Ion của bạn từ 4,7V xuống dưới 3,7V chỉ gây bất lợi cho tuổi thọ của nó vì nó tỷ lệ nghịch với độ sâu xả

Thành thật mà nói, một bộ điều chỉnh LDO có lẽ là đủ tốt. Khi một tế bào Li-Po xuống đến 3,3V, nó đã cung cấp hầu hết năng lượng của nó (xem đường cong xả lipo). Nhiều thiết bị (Esp8266, nrf24l01, v.v.) cung cấp trạng thái danh nghĩa 3,3V sẽ hoạt động tốt dưới 3,3V.

Để làm ví dụ thực tế, tôi đã chế tạo một máy đo tốc độ với các mô-đun máy thu và hiển thị không dây bằng cách sử dụng các mô-đun NRF24L01 cho các bộ điều chỉnh tuyến tính không dây và BA33BC0T. Cả điện áp tế bào máy phát và máy thu đều được hiển thị trên màn hình của máy thu và trong thực tế, chúng cắt ra khoảng 3.1-3.0V. Tôi đi xe (các thiết bị này hoạt động ở) nhiệt độ từ 5 đến 30 độ C.

Hãy nhớ rằng bảng dữ liệu của bộ điều chỉnh LDO này đã trích dẫn chênh lệch 0,3V-0,5VI / O (tôi nghĩ vậy?) Và NRF24L01 trích dẫn phạm vi cung cấp 3.0V-3.6V, điều này thực sự tốt cho dự án Li-Po.