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Un regulador lineal lo hará tan bien como cualquier otra alternativa.
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Entre las opciones de piezas de regulador adecuadas (baratas y con una tensión de caída baja, inferior a 200 mV a una corriente de unos 400-500 mA) se encuentran las siguientes: TPS73633, TPS73733, TPS79533, TPS79633, LD39080DT33, LD39150PT33, MIC5353-3.3, ADP124ARHZ-3.3
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La eficiencia será cercana o superior al 90% para la mayor parte del rango de tensión de la batería.
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Probablemente el 80%+ de la capacidad de la batería estará disponible y dejar algo de capacidad en la batería añadirá utilidad a la vida del ciclo de la batería ya que las baterías LiPo y LiIon "se desgastan menos" si Vbattery no cae demasiado.
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Un regulador buck podría obtener mejores eficiencias si se diseña con mucho cuidado, pero en muchos casos no lo hará.
Hoja de datos del TPS72633 - 3,3V fijos de salida, <= 5,5V de entrada. Muy por debajo de 100 mV de caída a 400 mA en todo el rango de temperatura. Alrededor de 2,55 dólares por 1 en Digikey, baja con el volumen.
Hoja de datos del TPS737xx hasta 1A con una caída típica de 130 mV a 1A.
Ficha técnica de LD39080... 800 mA, caída de la corriente OK.
Dices que la carga es de 400 mA de pico en periodos cortos pero <= 5 mA durante el 95% del tiempo. No dices la capacidad de la batería que quieres utilizar, pero vamos a suponer una capacidad de 1000 mAh - no es una batería muy grande físicamente y es común en los teléfonos móviles, etc.
Si se quieren 3,3V entonces un regulador con Vin >= 3,4V se consigue fácilmente y 3,5V en aún más.
Entonces, ¿qué % de capacidad de la batería obtenemos a 0,4 C a temperatura ambiente? Según los gráficos siguientes, probablemente más del 75% a 400 mA y cerca del 100% a 5 mA para una batería de 1000 mAh. Véase más abajo.
Para Vout = 3,3V y 90% de eficiencia, Vin = 3,3 x 100%/90% = 3,666 = 3,7V. Así que hasta 3,7V un reguador lineal da >= 90% - que es posible superar con un convertidor buck, pero sólo con mucho cuidado. Incluso a Vin = 4,0V, la eficiencia = 3,3/4 = 82,5%, y no tarda mucho en caer por debajo de Vin, por lo que en la mayoría de los casos la eficiencia de un regulador lineal estará cerca o por encima del 90%, mientras se utiliza la mayor parte de la capacidad de la batería.
Aunque 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 útilmente la vida del ciclo de la batería.
Capacidad en función de la temperatura y la carga: 400 mA = 0,4C.
El gráfico de la izquierda de una hoja de datos de Sanyo LiPo que fue citada originalmente . A una descarga de 0,5C la tensión cae por debajo de 3,5V a unos 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 distintas temperaturas. A una temperatura de 0 C (0 grados centígrados) el voltaje cae por debajo de 3,5 V a unos 1400 mAh, pero a 25 C son unos 2400 mAh (como en el gráfico de la izquierda), así que a medida que la temperatura baja podemos esperar una caída sustancial de la capacidad, pero hasta, digamos, 10 C, esperarías 2000 mAh o más. Eso es a C/1 de descarga, los 400 mA = 0,4C en este ejemplo, y la tasa de descarga del 95% de 5 mA probablemente dará cerca de la capacidad nominal completa.
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Usted no quiere drenar una lipo por debajo de 3,7v al menos si usted planea en la carga de nuevo.
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@ChrisStratton: ¿3,7 voltios? Estoy bastante seguro de que la protección de subtensión en LiPo y Li-ions se establece alrededor de 2,7V, si eso es lo que se refiere.
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No, si quieres que las células de polímero de litio mantengan su capacidad para futuras cargas no lo es. Si quieres obtener la mejor vida útil de ellos, no dejes que caigan por debajo de 3,7v (tal vez 3,6v en el exterior)
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Tiene curiosidad por esto ¿Podría proporcionar una fuente? Lo pregunto porque mirando una curva de descarga de cualquier LiPoly (y Li-ion), parece que el punto de voltaje coincide con sólo la mitad de la capacidad descargada.
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Casi todo a temperatura ambiente, o especialmente si tiene autocalentamiento.
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@ChrisStratton: Según la temperatura ambiente curvas de descarga de Sanyo En el caso de la batería LiPo, a 3,7 voltios, sólo se ha utilizado el 50% de la capacidad a una velocidad de descarga de 1,0C. Y no conozco ninguna literatura que afirme que la vida de la batería LiPo o la retención de su capacidad mejore al evitar la descarga por debajo de 3,7V. Por favor, proporcione una fuente para lo que está diciendo; sería definitivamente una información valiosa para mí si lo que está diciendo es de hecho válido.
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Es de conocimiento común entre los usuarios de lipo que no se debe pasar por encima de la rodilla o se reducirá su capacidad. Si puedes conseguir un regulador con un dropout lo suficientemente bajo, esto también simplificaría tu diseño sustancialmente.
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Sé que esto probablemente no funcione, pero me gustaría saber por qué si alguien aquí puede responder. ¿Funcionaría un diodo Zener con una tensión directa de 3,3 V?
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Hmm, buena pregunta sobre el diodo Zener... Creo que las desventajas de usar ese enfoque aquí serían las limitaciones en la corriente de carga máxima, así como la ineficiencia (es decir, la energía desperdiciada), y la falta de una tensión de salida muy estable. Probablemente también habría problemas con el cambio de la tensión de alimentación. ¿Podría alguien proporcionar una respuesta autorizada a la pregunta de @capcom?
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@boardbite ¿En serio, la corriente de carga es una limitación? No estoy muy seguro, soy nuevo en la electrónica, pero mira el 1N4728. No creo que la tensión estable sea un problema, qué tipo de estabilidad necesitas para tu circuito. Me gustaría saber las ventajas y desventajas también de este enfoque de un profesional.
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@capcom - mientras que el límite de corriente del zener podría ser un problema en algunos casos, el problema más obvio es la resistencia a través de la cual usted realmente cae el voltaje. Si se utiliza una resistencia de bajo valor para el tamaño que para las cargas ocasionales de alta corriente, que terminan perdiendo una gran cantidad de energía, si se utiliza una resistencia más grande, a continuación, una alta corriente dará lugar a una caída de tensión suficiente en la resistencia que la salida a las inmersiones por debajo de la tensión del zener. Como resultado, una resistencia y un diodo zener no es un tipo de regulación adecuado para algo que funciona con baterías y que experimenta grandes variaciones de carga.
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@ChrisStratton Espera un momento, ¿por qué necesitas una resistencia con un diodo Zener de todos modos? ¿Te refieres a disminuir la corriente que entra en el diodo debido a su límite? Sin embargo, tengo curiosidad por saber por qué los diodos Zener tienen límites de corriente tan bajos, y si hay alguna forma de evitarlo. Gracias, Chris.
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