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Deseo alimentar mi circuito con una batería de iones de litio o LiPo (probablemente una batería con alrededor de 1000 mAh de capacidad). Estas baterías tienen un voltaje que va de 4.2V a 2.7V típicamente durante su ciclo de descarga.
Mi circuito (que funciona a 3.3V) tiene un requisito de corriente máxima de 400 mA, aunque debo decir que este es solo el pico de consumo que ocurre aproximadamente el 5% del tiempo; el circuito consume solo alrededor de 5 mA el 95% restante del tiempo).
Pregunta
¿Cuál sería la mejor manera de convertir el voltaje de salida (cambiante) de una batería de iones 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 aprovechar al máximo la capacidad de la batería.
La parte difícil para mí ha sido el hecho de que el voltaje de la batería de iones de litio será a veces ARRIBA y, a veces, BAJO mi voltaje final requerido. Si fuera solo uno de esos dos, probablemente habría utilizado un regulador LDO o un IC de refuerzo como TPS61200, respectivamente.
Respuestas:
Deberías probar con el convertidor BUCK-BOOST DC / DC. Están disponibles con una eficiencia superior al 90%. Consulte los sitios web de TI y Lineales; hay "calculadoras" que te ayudarán:
Opciones:
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Un regulador lineal funcionará tan bien como cualquier otra alternativa.
Las opciones de piezas del regulador que son adecuadas (de bajo costo y con un voltaje de caída bajo de 200 mV con una corriente de alrededor de 400-500 mA) incluyen las siguientes: TPS73633, TPS73733, TPS79533, TPS79633, LD39080DT33, LD39150PT33, MIC5353-3.3, ADP124ARHZ-3.3
La eficiencia será cercana o superior al 90% para la mayoría del rango de voltaje de la batería.
Probablemente más del 80% de la capacidad de la batería estará disponible y dejar algo de capacidad en la batería se agregará útilmente a 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 inversión podría obtener mejores eficiencias si se diseña con mucho cuidado, pero en muchos casos no lo hará.
Hoja de datos TPS72633 : salida fija de 3.3V, <= 5.5V in. Muy por debajo de la caída de 100 mV a 400 mA en todo el rango de temperatura. Alrededor de $ US2.55 / 1 en Digikey, cae con el volumen.
Hoja de datos de TPS737xx hasta 1A con una caída de 130 mV típica en 1A.
LD39080 ... hoja de datos 800 mA, desconexión correcta .
Usted dice que la carga es de 400 mA pico durante períodos cortos pero <= 5 mA durante el 95% del tiempo. No dice qué capacidad de batería desea usar, pero supongamos que tiene una capacidad de 1000 mAh, no es una batería muy grande físicamente y es común en teléfonos celulares, etc.
Si se necesitan 3.3V, entonces se puede lograr fácilmente un regulador con Vin> = 3.4V y 3.5V aún más.
Entonces, ¿qué porcentaje de la capacidad de la batería obtenemos a 0.4 C a temperatura ambiente? Según 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. Entonces, hasta 3.7V, un regulador lineal proporciona> = 90%, que es posible exceder con un convertidor reductor, pero solo con mucho cuidado. Incluso a Vin = 4.0V, eficiencia = 3.3 / 4 = 82.5%, y Vin no tarda mucho en caer por debajo de esto, por lo que en la mayoría de los casos la eficiencia de un regulador lineal estará cerca o por encima del 90%, mientras usa el La mayoría de la capacidad de la batería.
Si bien creo que la cifra de D Pollit de 3.7V para Vbattery_min es demasiado alta en este caso, usar una cifra de 3.5V o 3.4V proporcionará la gran mayoría 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 se citó originalmente . 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 Celsius), el voltaje cae por debajo de 3.5V a aproximadamente 1400 mAh, pero a 25 C es de aproximadamente 2400 mAh (según el gráfico de la izquierda), por lo que a medida que la temperatura cae podemos esperar una caída sustancial en la capacidad, pero abajo para decir 10 C esperarías 2000 mAh o más. Eso es en descarga C / 1, los 400 mA = 0.4C en este ejemplo, y la tasa de descarga del 95% de 5 mA probablemente dará una capacidad nominal casi completa.
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Probaría uno de los siguientes métodos:
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Obtenga una batería LFP (ferrofosfato de litio). El voltaje nominal es de aproximadamente 3.2V y el voltaje de trabajo varía de 3.0 a 3.3V. Agotar la batería de iones de litio de 4.7V a menos de 3.7V es perjudicial para su vida útil, ya que es inversamente proporcional a la profundidad de descarga.
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Para ser sincero, un regulador LDO es probablemente lo suficientemente bueno. Cuando una celda Li-Po baja a 3.3V, ha entregado la mayor parte de su potencia (vea 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 módulos inalámbricos de transmisor y receptor / pantalla utilizando 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, se cortan alrededor de 3.1-3.0V. Monto en (estos dispositivos funcionan) 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 cita un rango de suministro de 3.0V-3.6V, esto es realmente bueno para un proyecto Li-Po.
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