리튬 이온 (또는 LiPo) 배터리에서 3.3V의 레귤레이션

배경

리튬 이온 또는 LiPo 배터리 (약 1000mAh 용량의 배터리)로 회로에 전원을 공급하고 싶습니다. 이 배터리는 방전주기 동안 일반적으로 4.2V ~ 2.7V 의 전압 을가집니다 .

내 회로 (3.3V에서 실행)의 최대 전류 요구 사항은 400mA입니다. 이는 최대 약 5 %의 시간 만 발생한다는 것입니다. 회로는 남은 95 %의 시간 동안 약 5mA 만 소비합니다.

의문

최대 400mA의 최대 전류 소모량으로 회로에 전원을 공급하기 위해 리튬 이온 배터리의 (변경되는) 출력 전압을 필요한 3.3V로 변환하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까? "최상의 방법"이란 배터리 용량을 최대한 활용하기 위해 가장 효율적인 전압 변환을 의미합니다.

저에게 까다로운 부분은 리튬 이온 배터리 전압이 때때로 위의 요구 전압이고 때로는 필요한 최종 전압보다 낮다는 사실입니다! 그것이이 두 가지 중 하나에 불과하다면 LPS 레귤레이터 또는 TPS61200과 같은 부스트 ​​IC를 사용했을 것입니다.

BUCK-BOOST DC / DC 변환기를 사용해보십시오. 90 % 이상의 효율로 이용 가능 TI 및 Linear 웹 사이트를 확인하십시오. 당신을 도울 "계산기"가 있습니다 :

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

옵션 :

• TPS63031
• TPS63001

• 리니어 레귤레이터는 다른 대안과 함께 할 것입니다.

• 적합한 레귤레이터 부품 옵션 (약 400-500mA 전류에서 비싸지 않고 200mV 미만의 낮은 드롭 아웃 전압)은 다음과 같습니다. TPS73633, TPS73733, TPS79533, TPS79633, LD39080DT33, LD39150PT33, MIC5353-3.3, ADP124ARHZ-3.3

• 대부분의 배터리 전압 범위에서 효율은 90 %에 가까울 것입니다.

• 배터리 용량의 80 % 이상이 사용 가능하며 Vbattery가 너무 낮아지지 않으면 LiPo 및 LiIon 배터리의 마모가 줄어들 기 때문에 배터리 용량 중 일부를 남겨두면 배터리 수명에 유용하게 추가됩니다.

• 벅 레귤레이터는 매우 신중하게 설계되었지만 많은 경우에 그렇지 않은 경우 더 나은 효율을 얻을 수 있습니다.

TPS72633 데이터 시트 -고정 3.3V 출력, <= 5.5V 입력. 온도 범위에서 400mA에서 100mV 드롭 아웃 미만. Digikey에서 약 $ US2.55 / 1로 판매량이 감소합니다.

1A에서 일반적으로 130mV 드롭 아웃이있는 최대 1A의 TPS737xx 데이터 시트 .

LD39080 ... 데이터 시트 800 mA, 드롭 아웃 OK.

짧은 시간 동안 부하는 400mA 피크이지만 시간의 95 % 동안 <= 5mA라고합니다. 어떤 배터리 용량을 사용하고 싶은지는 말하지 않지만 1000mAh 용량을 가정 해 봅시다. 휴대 전화 등 물리적으로 매우 큰 배터리는 아닙니다.

3.3V가 필요한 경우 Vin> = 3.4V 인 레귤레이터가 쉽게 달성되고 3.5V가 훨씬 더 높아집니다.

실내 온도에서 0.4C에서 배터리 용량의 몇 %를 얻습니까? 아래 그래프를 기준으로-1000mAh 배터리의 경우 400mA에서 75 % 이상, 5mA에서 100 %에 가깝습니다. 아래를 참조하십시오.

Vout = 3.3V 및 90 % 효율의 경우 Vin = 3.3 x 100 % / 90 % = 3.666 = 3.7V입니다. 따라서 최대 3.7V의 선형 레게 이터는> = 90 %를 제공하며 벅 컨버터로 초과 할 수 있지만주의해서 만 사용해야합니다. Vin = 4.0V에서도 효율 = 3.3 / 4 = 82.5 %이며 Vin이 이보다 낮아지는 데 시간이 오래 걸리지 않으므로 대부분의 경우 선형 레귤레이터의 효율은 90 %에 가깝거나 그 이상입니다. 배터리 용량의 대부분.

이 경우 Vbattery_min에 대한 D Pollit의 3.7V 수치가 너무 높다고 생각하지만 3.5V 또는 3.4V 수치를 사용하면 대부분의 배터리 용량을 제공하고 배터리 수명을 연장 할 수 있습니다.

온도 및 부하 계수로서의 용량 : 400 mA = 0.4C.

아래의 왼쪽 그래프 는 원래 인용 된 Sanyo LiPo 데이터 시트입니다 . 0.5C 방전시 전압은 약 2400mAh 또는 2400/2700 = 2700 Ah 공칭 용량의 88 %에서 3.5V 아래로 떨어집니다.

오른쪽 그래프는 다양한 온도에서 C / 1의 전류 (약 2700mA)에서 방전을 보여줍니다. 0 ° C (0 ° C)의 온도에서 전압은 약 1400mAh에서 3.5V 아래로 떨어지지 만 25 ° C에서 온도는 약 2400mAh (왼쪽 그래프에 따라)이므로 온도가 떨어지면 용량이 크게 떨어질 것으로 예상 할 수 있습니다. 10C라고하면 2000mAh 이상을 기대할 수 있습니다. 이 예에서는 C / 1 방전, 400mA = 0.4C, 5mA의 95 % 방전 속도는 전체 공칭 용량에 가깝습니다.

다음 방법 중 하나를 시도합니다.

• 3.3V 아래로 떨어지지 않을 때까지 전압을 높이고이 값으로 낮추십시오
• 두 개의 배터리를 직렬로 사용
• 회로를 재 설계하십시오. 공칭 전압이 3.3V 인 일부 IC는 2.5V에서도 작동합니다.

LFP (Lithium ferrophosphate) 배터리를 구입하십시오. 공칭 전압은 약 3.2V이며 작동 전압 범위는 3.0 ~ 3.3V입니다. 3.7V 이하로 4.7V에서 리튬 이온 배터리를 배출하는 것은 방전 깊이에 반비례하기 때문에 수명에 해 롭습니다.

솔직히 말하면 LDO 레귤레이터로 충분할 것입니다. Li-Po 셀이 3.3V로 낮아지면 대부분의 전력을 공급합니다 (리포 방전 곡선 참조). 공칭 3.3V 전원을 공급하는 많은 장치 (esp8266, nrf24l01 등)는 3.3V 미만으로 잘 작동합니다.

실용적인 예로, 무선 및 BA33BC0T 선형 레귤레이터에 NRF24L01 모듈을 사용하여 무선 송신기 및 수신기 / 디스플레이 모듈이있는 속도계를 구축했습니다. 송신기와 수신기 셀 전압은 모두 수신기의 디스플레이에 표시되며 실제로는 3.1-3.0V 정도에서 차단됩니다. 5에서 30도 사이의 온도에서 운전합니다 (이러한 장치에서 작동).

이 LDO 레귤레이터의 데이터 시트는 0.3V-0.5VI / O의 차이 (견적이라고 생각합니까?)를 인용하고 NRF24L01은 3.0V-3.6V의 공급 범위를 인용한다는 점을 명심하십시오. 이것은 Li-Po 프로젝트에 정말 좋습니다.