锂离子（或LiPo）电池稳压的3.3V

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背景

我希望使用锂离子或LiPo电池（可能是容量约为1000 mAh的电池）为电路供电。这些电池在放电期间的电压通常在4.2V至2.7V之间。

我的电路（以3.3V运行）具有400mA的最大电流需求-尽管我应该声明这只是大约5％的时间发生的峰值吸收；在剩余的95％的时间内，电路仅消耗约5mA的电流）。

题

将锂离子电池的（不断变化的）输出电压转换为所需的3.3V，以为峰值电流为400 mA的电流供电的最佳方法是什么？“最好的方式”是指最有效的电压转换，以便充分利用电池容量。

对我而言，最棘手的部分是，锂离子电池的电压有时会高于或低于我要求的最终电压！如果只是这两者之一，则可能分别使用LDO稳压器或升压IC（如TPS61200）。

— 木板咬
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至少计划再次充电时，至少不要将3.7v以下的油脂排空。

— 克里斯·斯特拉顿

6

@ChrisStratton：3.7伏特?? 我很确定LiPo和Li离子上的欠压保护设置在2.7V左右，如果这就是您所指的话。

— boardbite

如果您不希望锂聚合物电池保持其将来充电的容量，则不可以。如果要获得最佳使用寿命，请不要让它们降至3.7v以下（外部可能为3.6v）

— 克里斯·斯特拉顿

对此感到好奇-您能提供来源吗？我问是因为，从任何一种LiPoly（和Li-ion）的放电曲线来看，似乎电压点仅与放电容量的一半重合。

— boardbite

12

@ChrisStratton：根据三洋的室温放电曲线，在3.7伏时，在1.0C的放电速率下，只有约50％的容量用完了。而且我还没有任何文献指出，通过避免低于3.7V的放电可以改善LiPo电池的寿命或容量保持能力。请提供您所讲内容的来源；如果您所说的实际上是有效的，那对我来说绝对是有价值的信息。

— boardbite

20

您应该尝试使用BUCK-BOOST DC / DC转换器。可以提供90％以上的效率。请访问TI和Linear网站；有一些“计算器”可以帮助您：

选项：

— 西姆兹
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使用他们的图表，目前正在研究TPS63031或TPS63001作为可能的选择

— boardbite 2012年

3

凌力尔特还具有一些完全同步的降压-升压控制器。您将找不到比同步升降压更有效的方法。其他拓扑（如SEPIC）效率不高。

— 亚当·劳伦斯

@Madmanguruman：确实！其中一些可用“较大的” MSOP软件包提供：parametric.linear.com/buck-boost_regulator

— boardbite 2012年

TPS63031和TPS63001符合要求，因此我将它们添加到了此答案中，但是出于后代的考虑，一旦我更详细地检查了线性选项，答案将得到进一步更新。

— boardbite

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线性稳压器几乎可以做任何其他选择。
合适的调节器选项选项（便宜且在400-500 mA电流下具有低于200mV的低压差）：TPS73633，TPS73733，TPS79533，TPS79633，LD39080DT33，LD39150PT33，MIC5353-3.3，ADP124ARHZ-3.3
在大多数电池电压范围内，效率将接近或超过90％。
可能会有80％以上的电池容量可用，并且如果Vbattery电池的跌落幅度不会太低，则LiPo和LiIon电池会“磨损较少”，因此可以在电池中保留一些容量，这将有益地增加电池的循环寿命。
如果精心设计，降压稳压器可能会获得更高的效率，但在许多情况下却不会。

TPS72633数据表 -固定3.3V输出，<= 5.5V输入。在整个温度范围内，在400 mA时压差均低于100 mV。Digikey的价格大约为US $ 2.55 / 1，但价格会下降。

TPS737xx数据手册高达1A，在1A时的典型压降为130 mV。

LD39080 ...数据表 800 mA，压差正常。

您说负载是短期内的400 mA峰值，但在95％的时间内<= 5 mA。您没有说要使用什么电池容量，而是假设容量为1000 mAh-物理上不是一个很大的电池，在手机等中是常见的。

如果需要3.3V，则可以轻松实现Vin> = 3.4V的稳压器，甚至可以达到3.5V。

那么，在室温下于0.4 C时，我们得到多少电池容量？根据下图-对于1000 mAh电池，在400 mA时可能超过75％，在5 mA时接近100％。见下文。

对于Vout = 3.3V和90％效率，Vin = 3.3 x 100％/ 90％= 3.666 = 3.7V。因此，高达3.7V的线性稳压器可提供> = 90％的电压-降压转换器有可能超过该电压，但要格外小心。即使在Vin = 4.0V时，效率= 3.3 / 4 = 82.5％，并且Vin不会很快落到该电压以下，因此在大多数情况下，线性稳压器的效率将接近或高于90％，而使用大部分电池容量。

尽管在这种情况下，我觉得D Pollit的Vbattery_min的3.7V的数字太高，但使用3.5V或3.4V的数字将提供大部分电池容量，并有效地延长了电池循环寿命。

容量是温度和负载的一个因素： 400 mA = 0.4C。

以下是最初引用的Sanyo LiPo数据表的左图。在0.5C放电时，约2400 mAh或2400/2700 = 2700 Ah的标称容量的88％时，电压降至3.5V以下。

右图显示了在各种温度下电流为C / 1（〜= 2700 mA）时的放电情况。在0 C（0摄氏度）的温度下，电压大约在1400 mAh时降至3.5V以下，但在25 C时约为2400 mAh（如左图所示），因此随着温度的下降，我们可以预期容量会大幅下降，但是说10 C时，您期望的是2000 mAh或更高。那是在C / 1放电时，在本示例中为400 mA = 0.4C，而5 mA的95％放电速率可能会接近全额定容量。

在此处输入图片说明

— 罗素·麦克马洪
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这样可以简化布局。感谢上述分析-但我从未使用过提供高达〜500 mA且具有足够低的压差（例如150 mV或更低，与您的建议类似）的器件；有共同的部分吗？

— boardbite

1

通过使用Digikey＆Mouser，我现在发现了一些合适且价格便宜的LDO稳压器，它们对于400-500 mA电流具有低压降电压。我已经编辑了您的答案，以包括这些选项，以供将来对锂离子电池-> 3.3V感兴趣的读者使用

— boardbite 2012年

2

我会尝试以下方法之一：

升压直到它不降至3.3V以下，然后调低至该值
串联使用两节电池
尝试重新设计电路；一些标称电压为3.3V的IC甚至可以在2.5V时工作

— 卡米尔（KamilDomański）
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第二和第三个想法虽然很容易理解，但在我看来并不是可选项。关于第一种选择，您是否会说先将其先增强然后进行调节是一种效率很低的方法？

— 2012年

确实，但是我没有其他想法。

— 卡米尔·多马斯基（KamilDomański）2012年

2

获取LFP（磷酸铁锂）电池。标称电压约为3.2V，工作电压范围为3.0至3.3V。将锂离子电池的4.7V电压降至3.7V以下会对其寿命造成不利影响，因为它与放电深度成反比

— 亚伯·拉威戈
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2

老实说，LDO稳压器可能已经足够了。当Li-Po电池电压降至3.3V时，它已交付了大部分功率（请参阅lipo放电曲线）。许多标称3.3V标称电源的设备（esp8266，nrf24l01等）将在低于3.3V的电压下工作。

作为一个实际示例，我使用用于无线和BA33BC0T线性稳压器的NRF24L01模块构建了一个带有无线发射器和接收器/显示模块的车速表。发射器和接收器的电池电压都显示在接收器的显示屏上，实际上，它们的电压约为3.1-3.0V。我在5至30摄氏度的温度下骑行（这些设备在其中运行）。

请记住，此LDO稳压器的数据表中的电压差为0.3V-0.5VI / O（我认为？），而NRF24L01的电源电压范围为3.0V-3.6V，这对于Li-Po项目确实非常有用。

— 乔希·奥黛特（Josh Audette）
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