Lämplig step-down för 3,3V-projekt, drivna av en LiPo-cell

[Magnus_K]

Hej hej.

Jag har ett flertal batteridrivna småprojekt i skallen och har nu funderat ett tag på om jag inte kan göra någon slags "basenhet" där jag kan återanvända både korten och cellerna i dom olika projekten.

Det jag funderat på är ett litet rent 3,3V kort med en µC, spänningsregulator, kanske ett EEPROM och lite annat krimskrams för att bland annat kopplas ihop med lite givare och trådlösa sändare.
Kortet i sig har jag ganska klart hur det ska se ut men spänningsregleringen är fortfarande olöst.

Om jag inte förstått det här med LiPo helt fel så ligger dessa celler alltså nominellt på 3,7V.
Uppladdade kan dom nå till 4,1-4,2V och man bör aldrig gå under 3,3-3,4V i spänning, under belastning.
Slutsatsen blir att jag behöver reglera ner spänningen, det är klart, men med vad? Använda en LDO känns som att elda för kråkorna så switchat bör det bli.

Har ni några egna erfarenheter? Lämpliga kretsar som har hög effektivitet, liten formfaktor och det skadar ju inte om det rör sig om rimliga hobbysummor vid inköpsdagen.

Är jag på rätt spår eller har ni fler förslag/ideér?

[Xyzzy]

Nu är du uppe och nattsuddar igen Magnus

Lite beroende på vad huvudsyftet är så kan du ha rätt, men är lång batteritid i något slags vänteläge (Deepsleep på så mycket som möjligt under största delen av tiden) kan det vara effektivare med linjär reglering, då switchade kretsar ändå drar tomgångsström hela tiden. Men switchade är sannolikt effektivare under belastning.

Glöm inte att det finns EEPROM internt i de (flesta) uC du pysslar med.

[Icecap]

En switch-omvandlare kan ha ganska bra verkningsgrad - men har samtidig en eget-förbrukning.

4,2V -> 3,3V med LDO har en verkningsgrad på 78,5% och då "tillkommer" LDO'ns strömförbrukning.
Ju lägre spänning ackumulatorn har, ju högre verkningsgrad.

Så har du ett strömsnålt projekt tror jag att en LDO rent faktisk är det bästa om man räknar ihop strömförbrukningen i regleringen och i projektet.

Men inget hindrar väl att du gör ett system med en byglingsmöjlighet för ingen regulator, en switch-reglering samt en LDO.

[Magnus_K]

Ni är ju båda inne på samma spår så det kanske är LDO som blir mest lämpligt ändå.
Fick för mig att en LDOs egenförbrukning var många gånger högre än en switchande reglering men allt beror väl på hur kretsen ska användas...

Byglingsmöjlighet är inte dumt! I alla fall inte om det finns plats.

Har ni tips på kretsar till ändamålet?

@Xyzzy: Det är på natten som skallen kan arbeta. Inga barnskrik eller att-göra-listor
Har inte bestämt uC än men som du säger så kommer den mest troligt innehålla lite minne också.

[opatagio]

Hittar inget om din uppskattade strömförbrukning. Men kika på denna LP38693QSD-3.3. Har ej testat själv men 0,25V drop-out vid 500mA. Kolla kurvorna noga så det inte är några andra överraskningar.
Inte så fasligt dyr heller ser jag http://www.mouser.se/ProductDetail/Texa ... SKQA%3d%3d

[Lennart Aspenryd]

Lasp är gärna med på ett par enheter om du vill producera några stycken. Har gått om sådana batterier.

[Sverige]

Om jag inte förstått det här med LiPo helt fel så ligger dessa celler alltså nominellt på 3,7V. Uppladdade kan dom nå till 4,1-4,2V och man bör aldrig gå under 3,3-3,4V i spänning, under belastning.

En tumregel är att aldrig gå under 3V, vilospänning. (Under last något lägre spänning.) Men det skadar inte att ha lite marginal.

[danielr112]

Nu är det kanske inte helt rellevant och beror helt på vilken typ av LiPo du använder.



Men värt att notera är att man i regel inte vill gå under 80% av dess kapacitet. Och gör man det är spänningen som man ska landa på vilande långt över 3 volt.

Vid 3 volt har du i regel ingen kapacitet kvar alls. Beror som sagt också på batteri. Har man en hel jäkla hög med billiga ackar så kan man ju slita lite extra på dem för att få mer tid ut.

[Borre]

En LDO behöver inte dra mer än en switchad variant, snarare tvärt om. Google på tex XC6504, det är en LDO som klarar 150mA och drar själv endast 0.6uA. Många andra tillverkar har snarlika kretsar.

Så drar inte ditt kort väldigt låg ström, några få uA, är egenförbrukningen för regulatorn ovan snudd på ointressant.
Som tidigare sagt blir det som sämst drygt 78% effektivt vid 4.2V och så hög spänning får du inte från batterierna någon lång stund, så räknar du med 4.1V är du över 80% och ökar stadigt ju lägre spänningen blir.
Det finns många switchade regulatorer som inte har mer förbrukningen än någon få uA, men med switchförluster och allt så kommer du sällan upp i mycket mer än 90% verkningsgrad över ett bredare spänningsområde och varierande last.

Switchade regulatorer lämpar sig mer när spänningsskillnaden är större och/eller handlar om höga strömmar.

[Sverige]

Är man ute efter lång livslängd på LiPo så ska man inte ladda fullt heller.

[Magnus_K]

Väldigt många bra tips och tumregler!

Att börja närma sig 3V i cellspänning låter ganska oklokt. Om kretsen momentant skulle dra 100mA och man kör med ett 1000mAh LiPo så kallas det väl att man laddar ur med 0,1C? Om man sen kollar i grafen som danielr112 postade så känns det det ändå som att om man i "100mA-läget" mäter cellspänningen kring 3,7V så är man ungefär i rätt region för att ha 20% kvar och eventuellt spara livstid på batteriet. Låter det vettigt?
Hur sen uppladdningen sker är nog inget jag tänker grotta in mig i nu. Det hade tänkt en avsedd laddare sköta.

Utifrån vad ni säger så blir det helt klart en LDO. Lättare design (för en amatör som mig) och antagligen "rätt" val för den här applikationen.
Måste erkänna att jag suckade till när jag läste i databladet för LDO:n som Borre nämnde, och det första som tog min uppmärksamhet var en kapseltyp jag aldrig hört talas om innan - USPN-4B02. Jodå, en liten fin kapsel som mäter 0,75x0,95mm... mm!
Som tur var finns den även i SOT så riktiga män kan använda den också
Jättebra tips på kretsar opatagio och Borre. Nu har jag bra grunder att söka vidare när jag väl kommit fram till strömförbrukning.

Nja, en µC, LDO och lite skyddskretsar så kanske man kan få till ett vettigt "moderkort". En liten fågel kvittrade i mitt öra att kanske köra på en µC som snurrar på hela LiPo:ns spänningsspann och därmed få hjärnan på kortet att också styra uppstart/sleepmode på de andra enheterna. Tycker det låter som en så bra idé så att jag kör på det

EDIT: Oops, höll på att glömma dig Lasp. Det är klart att du kan få något ex om det här väl blir verklighet.

[hyperion]

För att få ut större del av batteriets kapacitet kan du fundera på om du inte kan köra dina saker på 3,0V istället för 3,3V.

Om du vill stänga av strömuttaget från batteriet vid säg 3,1V för att ha lite marginal, och din krets inte har så stort strömuttag så kan du ta en titt på TLV713P från Texas Instruments: http://www.ti.com/lit/gpn/tlv713p

Artikelnummer: TLV71330PDBVT (3.0V SOT-23)

Den har en drop out voltage på endast 46mV vid 30mA och 230mV vid 150mA
Så om du kan hålla strömförbrukningen till under 100mA och köra 3,0V istället för 3,3V så tycker jag denna LDO är värd att titta på.
Jag vet inte vad du tänkt köra för uC etc men många saker går fint att köra på 3,0V och även lägre. Tänk dock på att t.ex. en uC som vid första anblick ser ut att kunna köras på 1,8 - 3,3V kanske/troligtvis inte kan köras i max hastighet i hela spannet 1,8 - 3,3V. En PIC jag höll på med nyligen kan köras i sin maximala klockfrekvens på 64MHz vid 3,0V men vid 2,8V var dess maximala klockfrekvens 32MHz.

Den kostar dessutom bara 0,25 EUR styck vid köp av 100

[Magnus_K]

De kretsar jag hunnit kolla på kan gå ner till minst 2,8V, så i dom fallen är det lungt.
Det verkar ju vara lite olika med lägsta spänningen men efter läst om det här batteriet hos Adafruit så rekommenderar dom inte under 2,75V, men det är väl lite extremt kanske.

Ok, välja kretsar som kan arbeta ner till 3,0V och upp till 4,2V, men också klippa försörjningen vid 3,1V innan LDO:n faller ur.

Just ett sånt batteri jag länkade till har jag tänkt mig, alltså runt 1200mAh. Vid den kapaciteten blir cellen i lagom storlek.
Vart köper man såna här celler på hemmaplan till en vettig peng?

Tack för idéerna hyperion. Ska läsa databladet till kretsen under kvällen.

[Sverige]

Kanske inte riktigt hemmaplan...
http://www.hobbyking.com/hobbyking/stor ... duct=36036

[Magnus_K]

Väldigt bra pris i alla fall!

Hittade hos Electrokit, det är bra!

EDIT: Eller den_här på 860mAh.