Alimentar circuito 3.3V con celda Litio Ion

[elgarbe]

Hola, tengo esa duda, como se hace normalmente para alimentar un circuito de 3.3V (uC y otros elementos) con una celda de Litio Ion, la cual tiene una tensión minima de 3.2V y una máxima de 4.2V?
Hay que hacer un step up si o si? viene algun integrado específico para esto?

Saludos!

[manwenwe]

Hombre, depende de lo que te quieras complicar la vida. Lo primero que valoraría es si existe la posibilidad o no de bajar un poco el voltaje del circuito. Por ejemplo, el nominal de muchos micros es de 3.3V pero la mayoría funcionan correctamente a menor voltaje y además así consumen menos energía. Si no tienes más alternativa que trabajar a 3.3V yo primero me plantearía el consumo real del circuito y qué batería te merece la pena poner. Lo digo porque aunque existen ICs buck-boost creo que esto te va a salir más caro subir un poco la capacidad de la batería: me refiero a que si miras la gráfica de descarga de una batería Li-Ion, por debajo de 3.4V apenas queda energía almacenada, con lo que quizá con un step-down normal te bastaría...

Saludos.

[elgarbe]

Es bueno el planteo!
Prefiero mil veces subir la capacidad de la batería que poner un step up.
Entonces lo ideal sería un ldo con 100mV a 500mA y un circuito de corte por debajo de 3.3V. como uso el ADC del uC necesito conocer la tensión y si esta baja cortar para no tener lecturas erróneas. Por otra parte hay otros componentes que no se cuando bien funcionarán por debajo de 3.3

Saludos!

[manwenwe]

Puufff lo que pasa es que un LDO se va "a beber" la batería. Yo pondría un DC-DC y bajaría la tensión del micro si es posible y pondría una referencia de tensión para el ADC si es necesario. Yo he usado estos en un proyecto y van bastante bien:

http://power.murata.com/data/power/LXDC2HL_Series_datasheet_E.pdf

Lleva todo incluido. Lo que pasa es que para 3.3V sólo te da 300ma. Si te vas a 2.8-2.5V ya tienes hasta 450ma. Si usas un PIC con ese voltaje te debería funcionar a máxima frecuencia. La mayoría de ICs lógicos (memorias, sensores, etc.) hoy por hoy también funcionan a bajo voltaje. Lo único que te pude fastidiar un poco es si tienes algún mosfet porque los logic level son algo más caros.

Saludos.

[elgarbe]

No me siento muy seguro de bajar la tension a menos de 3.3V. Las especificaciones parecen mostrar que todo va a funcionar bien... pero no me animo, jajaja
El buscador de soluciones de TI me da este integrado:
http://www.ti.com/product/TPS62063
El duty cycle pude llegar al 100%, el IC es una miniatura y lleva muy pocos comoponentes externos. Me parece que voy a probarlo.
Ahora a buscar un cargador...

Saludos y gracias

[manwenwe]

Tiene buena pinta si. Me lo apunto. Suerte con la búsqueda de cargadores, que de 1 celda hay muchos menos que de 2...Yo el último que he utilizado es este:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq24133.pdf

Creo que para tu aplicación está sobredimensionado...

Saludos!

[colotron]

No te gusta un LDO de Texas tipo tps78XXX?
Están preparados para tener un Ignd/Iq bien bajo.
Que electrónica vas a alimentar con eso?, la desventaja es no dan mucho más de 100..200 mA.

Cargador si lo vas a cargar desde la pared que tal un mcp73831 o no sé si habrá algo más nuevo. La ventaja que le veo es el precio, lo seleccioné hace un par de años pero ahora desconozco si hay algo mejor.

[manwenwe]

No te gusta un LDO de Texas tipo tps78XXX?
Están preparados para tener un Ignd/Iq bien bajo.
Que electrónica vas a alimentar con eso?, la desventaja es no dan mucho más de 100..200 mA.

Cargador si lo vas a cargar desde la pared que tal un mcp73831 o no sé si habrá algo más nuevo. La ventaja que le veo es el precio, lo seleccioné hace un par de años pero ahora desconozco si hay algo mejor.

A ver... el LDO es lo más barato/sencillo. Lo malo es: 1. con la batería cargada a tope estás tirando a la basura un 20-25% de la energia. 2. con 500mA de consumo estás disipando 500mW de potencia...¿dónde?... ese es el problema  que luego los chips se calientan...jeje

saludos!

[elgarbe]

El buscador de texas me tiró este;
http://www.ti.com/product/bq24232
Lo bueno del webench es que te da el esquemático, ruteo sugerido, BOM y simulaciones!

Lo que voy a alimentar es un modulo de Ultra Wide Band (160mA) y un pequeño LCD tipo nokia 5110 y alguna otra cosita más menos importante. La corriente debería estar en 200-300mA

El cargador sería para cargar desde un USB.

Saludos y gracias!

[colotron]

No te gusta un LDO de Texas tipo tps78XXX?
Están preparados para tener un Ignd/Iq bien bajo.
Que electrónica vas a alimentar con eso?, la desventaja es no dan mucho más de 100..200 mA.

Cargador si lo vas a cargar desde la pared que tal un mcp73831 o no sé si habrá algo más nuevo. La ventaja que le veo es el precio, lo seleccioné hace un par de años pero ahora desconozco si hay algo mejor.

A ver... el LDO es lo más barato/sencillo. Lo malo es: 1. con la batería cargada a tope estás tirando a la basura un 20-25% de la energia. 2. con 500mA de consumo estás disipando 500mW de potencia...¿dónde?... ese es el problema  que luego los chips se calientan...jeje

saludos!

Aaahh... 500 mA... sí, es bastante.
La batería litio ion a tope entrega 10..15% de carga, rápidamente llega a los ~3.7V donde se queda durante el 70% del ciclo de descarga, y luego viene la caída cuando ya le queda un 15% de capacidad, que por cierto no conviene pasarse con la descarga.

20..25% no, más bien 10..15%:
Pout / Pin = Vout * Iout / (Vin/Iin) ~ Vout/Vin = 3.3/3.7 = 0.89

Por eso es interesante el caso buck vs ldo cuando el dropout es chico y se busca minimizar tamaño y ruido.

Pero la corriente es muy alta para los bichitos que propuse, no lo había leído. Eso puede inclinar la balanza para el buck.

[manwenwe]

Elgarbe: yo uso bastante el webench también, está muy chulo. El que comentas está bien. El que yo mostré tiene la gracia de que lleva powerpath... De todas formas antes lo poco que había en DC-DCs era de TI y Maxim, ahora si te estrujas la cabeza encuentras DC-DCs sencillitos pero que umplen su función de otras marca, ej.: skyworks, por un tercio de coste. Si te vas a china ya te ries de los precios... DC-DCs de de 2-3A a 0.1$. Esos son los que llevan los moviles chinos que revientan cuando llevan un año funcionando jejeje

Colotrón: tienes razón, calculé de cabeza.

Saludos!

Editado: se me fué la cabeza!!! mezclé el tema de los DC-DC con los cargadores, perdón jejejeje

[elgarbe]

Despues voy a ver si armo un post con los resultados
por ahora el circuito va quedando asi

ChrgFte-min.jpg
(86.74 kB, 1243x499 - visto 554 veces)

Estoy haciendo el pcb de acuerdo al template que te da el webench
Yo estoy trabajando a 4 layer con las dos internas como GND y 3V3
El tema es que necesito un plano de otra referencia donde esta el plano de 3V3 en un sector
Si elijo esas dos capas como power planes no puedo mas que asignarle una referencia de tension
Está bien si lospongo como sinal layer y luego pongo polygonos de la referencia que necesito en cada zona?

Saludos!

[manwenwe]

¿tienes alguna señal que necesite impedancia controlada (lo digo por los planos)? Ej.: algo digital de mucha velocidad o una antena, etc. Si no es así para la corriente que va a pasar con que pongas los condensadores bulk y bypass cerca de donde toca casi como si pones sólo 2 capas y pistas de 0.5mm en vez de planos..., no: siempre mejor 4 capas!

Saludos!

[elgarbe]

En el sistema la señal más rapida es un SPI a 20MHz y un USB, pero como será utilizado como VCP no creo que sea muy rápido. Tengo un módulo de RF, pero es un módulo cerrado, sin parte analógica hacia afuera.

UWB_PCB-min.jpg
(132.44 kB, 775x771 - visto 527 veces)

El tema es que me quedó el USB de un lado y el circuito cargador + fuente del otro. Voy a buscar de mejorar el ruteo para crusar con la señal VUSB desde la izquierda hasta la derecha del PCB por la capa bottom.
Pero el tema que uno de los integrados (el switching) pide que uno de los planos internos sea Vin, entonces en un pequeño lugar de la 3er capa (3.3V) tendria que poner un plano con Vin. Pero no puedo porque son capas tipo plane (una ground plane y la otra power plane).
Quería saber si esta mal pasar a signal layer para la capa 2 y 3 y poner los planos internos a gusto...

Saludos!

[manwenwe]

Ummm...

1. Yo de los planos no me preocuparía. Ellos te hacen una sugerencia pero es eso: una una sugerencia. Si lleva powerpad ponlo a un plano solido de GND en interna que es lo más cómodo y el resto de planos ponlos a tu gusto en capas externas o internas. Es muuuuuy raro utilizar una capa entera como plano que no sea GND: si no todas las placas llevarían 16 capas . Lo que si que no pondría tantas vias o tan juntas como en el DC-DC porque fastidias los planos de debajo.

2. Da igual que USB se use como CDC, HID, MSD... es decir da igual el bitrate porque la señal irá igualmente a 480mhz si es USB HS. Es verdad que al ser diferencial y tener buena corrección de errores es muy robusto pero es buena práctica llevar D+ y D- en par diferencial de 90ohm y 50ohm como individuales. Si me dices la construcción de la PCB (cores, prepegs y espesor de cobres) te puedo ayudar. Luego me intriga mucho las lineas del conector USB ya que tienes D+ y D- en serie con resistencias ¿?. Luego 5V aunque lo tengas muy lejos del cargador no creo que pase nada, eso sí yo le pondría la pista mucho más gruesa y un buen condensador justo al lado del conector (50-100u), además de asegurarte que el condensador bulk de entrada al cargador sea suficiente (aunque eso seguro que ya lo has hecho).

En resumen, que es por lo que preguntas: no va a pasar nada porque pongas polígonos con distintos niveles. A efectos reales un poligono y un plano en Altium son lo mismo, de hecho puedes partir un plano en planos más pequeños.

Saludos.