लिथियम-आयन (या LiPo) बैटरी से 3.3V विनियमित

Question

पृष्ठभूमि

मैं अपने सर्किट को लिथियम-आयन या लीपो बैटरी (लगभग 1000 एमएएच क्षमता वाली बैटरी) के साथ पावर देना चाहता हूं। इन बैटरियों में एक वोल्टेज होता है जो 4.2V से 2.7V तक जाता है जो आमतौर पर उनके निर्वहन चक्र के दौरान होता है।

मेरे सर्किट (3.3V पर चल रहा है) में 400mA की अधिकतम वर्तमान आवश्यकता है - हालांकि मुझे यह बताना चाहिए कि यह केवल 5% समय के लिए होने वाला शिखर ड्रा है; सर्किट केवल 5mA के बारे में शेष 95% समय निकालता है)।

सवाल

एक लिथियम आयन बैटरी के (बदलते) आउटपुट वोल्टेज को आवश्यक रूप से परिवर्तित करने का सबसे अच्छा तरीका क्या होगा? "सबसे अच्छा तरीका" से, मेरा मतलब है कि बैटरी क्षमता का सबसे अच्छा उपयोग करने के लिए सबसे कुशल वोल्टेज रूपांतरण।

मेरे लिए मुश्किल हिस्सा यह तथ्य रहा है कि ली-आयन बैटरी वोल्टेज दोनों कभी-कभी ABOVE होगा और कभी-कभी मेरे आवश्यक अंतिम वोल्टेज को कम करेगा! यदि यह उन दो में से केवल एक था, तो मैंने शायद या तो एलडीओ नियामक या टीपीएस 61200 जैसे एक बढ़ावा देने वाले आईसी का उपयोग किया होगा।

Comments

यदि आप इसे फिर से चार्ज करने की योजना बनाते हैं, तो आप कम से कम 3.7v नीचे एक लाइपो नहीं निकालना चाहते।

— क्रिस स्ट्रैटन

@ क्रिसस्ट्रैटन: 3.7 वोल्ट ?? मुझे पूरा यकीन है कि LiPo और Li-ions पर अंडरवॉल्टेज प्रोटेक्शन 2.7V के आसपास सेट है, अगर ऐसा है तो आप इसे देखें।

— बोर्डबाइट

नहीं अगर आप चाहते हैं कि लिथियम पॉलीमर सेल भविष्य की चार्जिंग के लिए अपनी क्षमता बनाए रखें तो ऐसा नहीं है। यदि आप उनमें से सर्वश्रेष्ठ सेवा जीवन प्राप्त करना चाहते हैं, तो उन्हें 3.7v (शायद बाहर की तरफ 3.6v) से नीचे न आने दें

— क्रिस स्ट्रैटन

इस बारे में जिज्ञासु - क्या आप एक स्रोत प्रदान कर सकते हैं? मैं पूछता हूं क्योंकि किसी भी LiPoly (और Li-ion) के डिस्चार्ज कर्व को देखते हुए, ऐसा प्रतीत होता है कि वोल्टेज बिंदु केवल लगभग आधी क्षमता के निर्वहन के साथ मेल खाता है।

— बोर्डबाइट

@ChrisStratton: Sanyo से कमरे के तापमान के निर्वहन घटता के अनुसार , 3.7 वोल्ट पर, केवल 50% क्षमता का उपयोग 1.0C निर्वहन दर पर किया गया है। और मुझे किसी भी साहित्य के बारे में पता नहीं है जो बताता है कि लीवो बैटरी जीवन या क्षमता प्रतिधारण 3.7 वी से नीचे के डिस्चार्ज से बचती है। कृपया जो आप कह रहे हैं उसके लिए एक स्रोत प्रदान करें; यह निश्चित रूप से मेरे लिए बहुमूल्य जानकारी होगी यदि आप जो कह रहे हैं वह वास्तव में मान्य है।

— बोर्डबीट

Answer 1

आपको BUCK-BOOST DC / DC कनवर्टर के साथ प्रयास करना चाहिए। 90% से अधिक दक्षता के साथ उपलब्ध हैं टीआई और रैखिक वेबसाइटों की जाँच करें; "कैलकुलेटर" हैं जो आपकी सहायता करेंगे:

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

विकल्प:

• TPS63031
• TPS63001

Comments

अपने चार्ट का उपयोग किया, और वर्तमान में संभावित विकल्पों के रूप में TPS63031 या अन्यथा TPS63001 पर शोध कर रहा हूं

— बोर्ड

रैखिक प्रौद्योगिकी में कुछ पूरी तरह से तुल्यकालिक हिरन-बूस्टर नियंत्रक भी हैं। आपको एक तुल्यकालिक हिरन-बूस्ट की तुलना में अधिक कुशल दृष्टिकोण नहीं मिलेगा। SEPIC जैसी अन्य टोपोलॉजी उतने कुशल नहीं हैं।

— एडम लॉरेंस

@ मदमंगुरुमन: दरअसल! और उनमें से कुछ "बड़े" एमएसओपी पैकेज में उपलब्ध हैं: पैरामीट्रिक.लाइनियर.

— com

TPS63031 और TPS63001 बिल को फिट करते हैं और इसलिए मैंने उन्हें इस उत्तर में जोड़ा है, लेकिन पोस्टीरिटी के लिए, उत्तर को और अधिक विस्तार से जांचने के बाद उत्तर को और अपडेट किया जाएगा।

— बोर्डबीट

Answer 2

• एक रैखिक नियामक किसी विकल्प के बारे में भी करेगा।

• नियामक भागों के विकल्प जो उपयुक्त हैं (लगभग 400-500 mA करंट पर 200mV से कम के कम खर्चीले और कम वोल्टेज वाले उपकरण) में निम्नलिखित शामिल हैं: TPS73633, TPS73733, TPS79533, TPS79633, LD39080DT33, LD39150PT33, MIC5353-3.3, ADP124ARZZ

• अधिकांश बैटरी वोल्टेज रेंज के लिए दक्षता 90% के करीब या उससे अधिक होगी।

• संभवतः 80% + बैटरी क्षमता उपलब्ध होगी और बैटरी में कुछ क्षमता छोड़ने से बैटरी चक्र जीवन में उपयोगी होगा क्योंकि LiPo और LiIon बैटरी "कम पहनें" यदि Vbatter बहुत कम नहीं गिराता है।

• एक हिरन नियामक बेहतर दक्षता प्राप्त कर सकता है यदि बहुत सावधानी से डिजाइन किया गया है लेकिन कई मामलों में नहीं होगा।

TPS72633 डेटाशीट - 3.3V आउट, <= 5.5V में तय की गई। अच्छी तरह से 100 mV ड्रॉपआउट के साथ 400 mA के साथ तापमान सीमा पर। डिजीकाइ में लगभग US2.55 / 1 डॉलर, मात्रा के साथ गिरता है।

TPS737xx डेटाशीट 1A पर 130 mV ड्रॉपआउट ठेठ के साथ 1A तक।

LD39080 ... डेटाशीट 800 एमए, ड्रॉपआउट ओके।

---

आप कहते हैं कि लोड ४०० mA पीक है छोटी अवधि में लेकिन <= ५ mA ९ ५% समय के लिए। आप यह नहीं कहते हैं कि आप किस बैटरी की क्षमता का उपयोग करना चाहते हैं, लेकिन मान लें कि 1000 एमएएच क्षमता है - शारीरिक रूप से और सेल फोन आदि में बहुत बड़ी बैटरी नहीं।

यदि 3.3V चाहता है तो विन> = 3.4V के साथ एक नियामक आसानी से प्राप्त होता है और 3.5V और भी अधिक में।

तो कमरे के तापमान पर 0.4 सी पर बैटरी की कितनी% क्षमता हमें मिलती है? नीचे दिए गए ग्राफ़ के आधार पर - शायद 400 एमएएच पर 75% से अधिक और 1000 एमएएच की बैटरी के लिए 100% 5 एमए पर। निचे देखो।

Vout = 3.3V और 90% दक्षता के लिए, Vin = 3.3 x 100% / 90% = 3.666 = 3.7V। तो 3.7V तक एक रेखीय नियामक> = 90% देता है - जो एक हिरन कनवर्टर के साथ पार करना संभव है, लेकिन केवल महान देखभाल के साथ। यहां तक ​​कि विन = 4.0 वी, दक्षता = 3.3 / 4 = 82.5%, और विन को इससे नीचे गिरने में देर नहीं लगती है, इसलिए ज्यादातर मामलों में रैखिक नियामक की दक्षता 90% से अधिक या उससे अधिक होगी, जबकि बैटरी क्षमता के बहुमत।

जबकि मुझे लगता है कि Vbatter_min के लिए D Pollit का 3.7V का आंकड़ा इस मामले में बहुत अधिक है, 3.5V या 3.4V के आंकड़े का उपयोग करने से बड़ी बैटरी क्षमता मिलेगी और यह उपयोगी रूप से बैटरी चक्र को लम्बा खींच देगा।

---

तापमान और भार के कारक के रूप में क्षमता: 400 mA = 0.4C।

एक Sanyo LiPo डेटाशीट से नीचे बाएँ हाथ का ग्राफ़ जो मूल रूप से उद्धृत किया गया था । 0.5C पर वोल्टेज 3.5V से कम होकर 2400 mAh या 2400/2700 = 88% 2700 आह नाममात्र की क्षमता से कम हो जाती है।

दाहिने हाथ का ग्राफ विभिन्न तापमानों पर C / 1 (~ = 2700 mA) की धारा में निर्वहन दर्शाता है। 0 C (0 डिग्री सेल्सियस) के तापमान पर, वोल्टेज 3.5V से नीचे लगभग 1400 mAh पर गिरता है, लेकिन 25 C पर यह लगभग 2400 mAh (बाएं हाथ के ग्राफ के अनुसार) होता है, ताकि तापमान कम होने पर हम क्षमता में पर्याप्त गिरावट की उम्मीद कर सकते हैं लेकिन 10 सी कहने के लिए आप 2000 एमएएच या उससे अधिक की उम्मीद करेंगे। इस उदाहरण में C / 1 डिस्चार्ज, 400 mA = 0.4C है, और 5 mA की 95% डिस्चार्ज दर संभवतः पूर्ण नाममात्र क्षमता के करीब होगी।

Comments

यह लेआउट को सरल करेगा; उपरोक्त विश्लेषण की सराहना करें - लेकिन मैंने कभी भी एक भाग का उपयोग नहीं किया है जो ~ 500 एमए तक कम पर्याप्त ड्रॉपआउट प्रदान करता है (जैसा कि आपने सुझाव दिया था, उसके समान 150 एमवी या उससे कम है); क्या इस तरह का एक आम हिस्सा है?

— बोर्डबीट

Digikey और Mouser का उपयोग करते हुए, मैंने अब कुछ उपयुक्त और सस्ती LDO नियामकों को पाया है जिनके पास 400-500 mA करंट के लिए कम ड्रॉपआउट वोल्टेज है। मैंने आपके उत्तर को ली-आयन में दिलचस्पी वाले भविष्य के पाठकों के लिए इन विकल्पों को शामिल करने के लिए संपादित किया है -> 3.3V

— बोर्ड

Answer 3

मैं निम्नलिखित विधियों में से एक कोशिश करूँगा:

• वोल्टेज को बढ़ाएं जब तक कि यह 3.3V से नीचे नहीं गिरता है और फिर इस मूल्य को नीचे विनियमित करता है
• श्रृंखला में दो बैटरी का उपयोग करें
• सर्कस को फिर से डिज़ाइन करने की कोशिश करें; 3.3V के नाममात्र वोल्टेज वाले कुछ आईसी 2.5 वी पर भी काम करेंगे

Comments

2 और 3 विचार, जबकि जानना अच्छा है, मेरे मामले में विकल्प नहीं हैं। 1 विकल्प के बारे में, क्या आप यह नहीं कहेंगे कि पहले इसे अलग से बढ़ाया जाए और फिर इसे विनियमित किया जाए, यह एक काफी अक्षम तरीका है?

— बोर्डबीट

हालाँकि, मेरे दिमाग में और कुछ नहीं आता है।

— कामिल डोमास्की

Answer 4

एक LFP (लिथियम फेरोफ़ॉस्फेट) बैटरी प्राप्त करें। नाममात्र वोल्टेज 3.2V के बारे में है और कार्यशील वोल्टेज 3.0 से 3.3V तक है। अपने लिथियम आयन बैटरी को 4.7 वी से नीचे 3.7 वी तक खींचना अपने जीवन के लिए हानिकारक है क्योंकि यह निर्वहन की गहराई के विपरीत आनुपातिक है

Answer 5

ईमानदार होने के लिए, एक एलडीओ नियामक संभवतः काफी अच्छा है। जब Li-Po सेल 3.3V से कम हो जाती है, तो उसने अपनी अधिकांश शक्ति वितरित कर दी है (लिपो डिस्चार्ज कर्व देखें)। कई उपकरण (esp8266, nrf24l01, आदि) कि राज्य नाममात्र 3.3V आपूर्ति 3.3V के नीचे अच्छी तरह से काम करेंगे।

एक व्यावहारिक उदाहरण के रूप में, मैंने वायरलेस और BA33BC0T रैखिक नियामकों के लिए NRF24L01 मॉड्यूल का उपयोग करके वायरलेस ट्रांसमीटर और रिसीवर / डिस्प्ले मॉड्यूल के साथ एक स्पीडोमीटर बनाया। ट्रांसमीटर और रिसीवर सेल वोल्टेज दोनों को रिसीवर के डिस्प्ले पर दिखाया जाता है और व्यवहार में वे लगभग 3.1-3.0V काटते हैं। मैं 5 से 30 डिग्री सेल्सियस के तापमान में (इन उपकरणों को संचालित करता हूं) की सवारी करता हूं।

यह ध्यान में रखते हुए कि इस एलडीओ नियामक की डेटाशीट में 0.3V-0.5VI / O अंतर (मुझे लगता है!) और NRF24L01 ने आपूर्ति रेंज 3.0V-3.6V का उद्धरण दिया है, यह Li-Po परियोजना के लिए वास्तव में अच्छा है।