Маломощный DC-DC преобразователь для LiPo с CV/CC

[alexg-nn]

Всем привет!

Ребята, помогите придумать, как лучше организовать такую штуку.
ТЗ следующее: на входе 1 аккум LiPo на 3,7в. На выходе регулируемый цифрой диапазон 9-18В с ограничением тока (тоже цифрой) в диапазоне 10-150мкА (микроампер, да). Точность установки тока и напряжения, чтобы не упасть лицом в грязь, ну хотя бы 10-15%.

Какие варианты приходят в голову мне.

1) Обычный boost dc-dc преобразователь с вольтодобавкой в цепи обратной связи для заданного диапазона напряжений. Ток ограничить электронным потенциометром где то на 500кОм (ещё не искал, есть ли такие вообще).
Что не нравится - во первых, впустую тратить мощность аккума на высаживание на бастном сопротивлении. Во-вторых, я не знаю, работают ли конвертеры с такими малыми токами и что там при этом с эффективностью.

2) Использовать buck-boost конвертер, к которому прикрутить схему ограничения тока путём просадки напряжения. Схема вроде типовая - ОУ с транзистором в цепи обратной связи преобразователя. Минусы - ещё бы найти такой преобразователь, ну и сомнения по точности уставки тока и стабильности работы на таких малых токах.

3) Вариант развития первой схемы, но вместо электронного потенциометра использовать отдельную схему ограничения тока на транзисторах (гуглится по "current limiter", например). Сомнения всё те же, что и в вариантах выше.

Вот, собственно и всё, больше ничего в голову не приходит. Вроде бы задача собрать обычный БП с режимами CV/CC, но смущает малый ток и низкая эффективность работы на таких токах у преобразователей.

Если есть что предложить, буду признателен за совет

[ceramicmail]

Первый и третий вариант.
Зачем тут бакбуст совсем не понятно.
Эффективность, если про КПД, естественно, ниж плинтуса. Самые экономичные повышайки до мА в активном режиме кушают, плюс стабилизация тока отъест, при выходном токе 10мкА, хорошо если КПД хотя бы 2-3% будет.
Или искать какую-то спец повышайку для малых токов, или микроконтролером, который в основном будет спящем режиме, периодически просыпаясь дернуть ножку повышайки и проверить напряжение и ток. Тогда может быть и несколько десятков процентов получится суммарный КПД.

[Телекот]

1. Для чего это нужно? тогда можно подобрать оптимальное решение.

[alexg-nn]

Телекот, околомедицинская хиромантия - акупунктура) Это что-то даёт? Я вроде озвучил все вводные.

Добавлено after 4 minutes 19 seconds:
ceramicmail, ну, 2-3% это как то вы загнули, имхо. Я поглядел пару буст преобразователей, там в районе 50% вроде бы график был на левой границе в 0,01мА, то есть как раз 10мкА.

Меня даже смущает скорее не КПД, а схема ограничения таких малых токов. Я как то не встречал подобных, обычно все в мА- и А-ом диапазоне.

[ceramicmail]

alexg-nn писал(а):

Это что-то даёт? Я вроде озвучил все вводные.

Когда задача не типичная, всегда полезно знать, зачем это. Очень часто бывает что навертят всякого из неверно интерпретации чего надо.

alexg-nn писал(а):

Я поглядел пару буст преобразователей, там в районе 50% вроде бы график был на левой границе в 0,01мА

Ну так и дали бы ссылку сразу.
Может и есть такие, но это же точно не типовые повышайки, для КПД 50% потребление от аккума должно быть около 30мкА в основном режиме. Из тех типовых повышаек что я знаю, подобный ток потребления есть только в ждущем, старт-стопном режиме, когда повышайка ждет нагрузку, с пилообразным напряжением на выходе. Не редко дают КПД собственно преобразования, без учета тока потребления самой микросхемы преобразователя.

alexg-nn писал(а):

Я как то не встречал подобных, обычно все в мА- и А-ом диапазоне.

Только потому, что стабилизировать мкА мало кому надо.
Если КПД не проблема, то и стабилизация такого тока особой проблемой не будет.

[Ivanoff-iv]

емкость выхода имеет значение?

Добавлено after 36 seconds:
источник тока (батарейка) изолирован?

Добавлено after 2 minutes 12 seconds:
если на оба вопроса ответ - да,
то проще всего взять готовую максимально экономичную повышайку, а ток ограничивать по минусу запитав ограничитель непосредственно от батареи (до повышайки) и применив легкий слабенький мосфет и экономичный ОУ

[alexg-nn]

Спасибо откликнувшимся. Что я нагуглил из преобразователей на данный момент. Критерием были: входное напряжение 2,7-4,2В, выходное напряжение с охватом 9-18В, и минимальным возможным током, в идеале несколько миллиампер, хуже - десятков, ещё хуже - сотен.
Оговорюсь, что искал по фильтрам digikey из тех, что есть в (простихоспади) чип-дипе. Все нижеперечисленные стоят до 1тыс. руб.

1) LT8410
Графиков эффективности мало, но этот преобразователь с самым низким значением выходного тока, что был в фильтре - 8ма.

Спойлер

2) MCP1661

Спойлер

3) MCP1663
Очевидно, не ахти на фоне остальных.

Спойлер

4) MIC2250

Спойлер

5) MIC2251

Спойлер

6) TPS61045
Интересна тем, что есть как бы "Digitally Adjustable Output Voltage Control". Не пойму только, почему у других микросхем с таким же подключением это не заявлено.
График эффективности обрывается раньше, к сожалению.

Спойлер

7) TPS61096A
Самая классная, судя по всему, штукенция, но как на зло, в чипе её нет

Спойлер

--

емкость выхода имеет значение?

Даже не знаю, что сказать на этот счёт. По сути нагрузка - кожа человека. Вряд ли в данном случае это играет роль.

источник тока (батарейка) изолирован?

Изолирован от чего? Это носимое устройство с батарейным питанием и зарядкой от usb. Во время зарядки работа не предполагается, если это важно.

[tonyk]

Посмотри у MAXIM. Помнится мне, были у них преобразователи, которые при малых нагрузках переключались с ШИМ на ЧИМ. Выбирай преобразователи со входом плавного задания напряжения, тогда ты сможешь с помощью ОУ (микромощного, ессно) перевести преобразователь в режим стабилизатора тока. Ещё обрати внимание на расчёт дросселя. При малых токах его нужно пересчитать, чтобы уменьшить шум по питанию и поднять КПД.

[alexg-nn]

Выбирай преобразователи со входом плавного задания напряжения

Имеется в виду вход FB? Потому как поискал у них на сайте среди boost конвертеров, не нашёл ничего похожего на отдельный задающий вход. Есть с цифровым управлением, но это тут скорее даже лишнее. А если речь про то, чтобы не взять версию с fixed output, то это само собой
Про переход с ШИМ на ЧИМ - это наверное где то в недрах даташитов пишется, я поглядел бегло с десяток максимовских микросхем из тех, что подходят под требования, ничего похожего в "фичах" не увидел. Может быть у вас есть на примете конкретная модель с таким механизмом?

[Телекот]

околомедицинская хиромантия - акупунктура) Это что-то даёт?

Понятно, там ток стабилизировать совсем не надо, выдал примерное напряжение и всё, ток сам установится. Один хрен не имеет не каково значения и позы и вреда не приносит. Это чисто обман граждан, а если на этом ещё и зарабатывают деньги это ещё и преступно.

[alexg-nn]

Телекот, вы меня раскусили, я хочу нажиться на бедных пенсионерах.
Если серьёзно, у моего отца есть такой древний советских наверное ещё времён прибор (можете погуглить название Эледиа), собранный каким то сумрачным гением на местном радиозаводе из того, что было под рукой. А под рукой оказался корпус от какого то блока питания настольного. Добавьте сюда ещё измерительную головку стрелочную. Поэтому прибор этот, несмотря на простейшую схему ниже, вышел весьма мало мобильным. Мне хочется переделать его на литий и сделать цифровым, чтобы убирался в корпус, умещающийся на ладони в качестве походного варианта, скажем так. Вопрос работает это или нет давайте оставим за бортом, отец пользуется, значит его устраивает.

Что касается "стабилизировать не надо" - это вы напрасно. Там напряжение прикладывается достаточно острым электродом в нервный узел и ощущение даже от 9В очень неприятное. Так что схема ограничения тока сверху нужна.

Старый приборчик так то имеет схему следующую (пардон за качество)

[Ivanoff-iv]

емкость на выходе нужна минимальная - напрашивается ограничтель тока по минусу... завтра попробую нарисоать, только не уверен, что он в мкА диапазоне нормально работать будет... хоть в принципе и должен...

[Телекот]

А что здесь думать? Один транзистор и резистор. будет регулироваться от 0 до 150мкА. Только надо транзистор подобрать с маленьким обратным током К-Б. Насчёт КПД можно не беспокоится, даже в режиме КЗ схема будет потреблять не более 2мВ, что много больше чем собственное потребления DC/DC преобразователя.
При маленьких токах правда будет наблюдаться небольшая нелинейность, но это ерунда, в 15% вложится.

Вложения

00.png

(31.27 KiB) Скачиваний: 445

01.GIF

(2.97 KiB) Скачиваний: 456

[musor]

для таких токоф повышайка будет с низким кпд можно даже умножитель применить это пожалуй давже лучше

[Телекот]

Можно умножитель, можно схему на переключающих конденсаторах.
как я понял стабилизировать напряжение не нужно, здесь главное ток.

[alexg-nn]

Телекот, musor, а не бросите схемой подобного умножителя? А то я подобные встречал только во всяких высоковольтных девайсах, где речь шла о сотнях вольт. А вот так, чтобы от батарейки "умножить" вольт до 20 - нет. И мне бы ещё этот диапазон регулировать бы, как я упоминал в первом топике.

Почему то решили, что не надо стабилизировать напряжение - я бы так не сказал. Там лечение (давайте это так назовём) происходит следующим образом - прикладывается напряжение и смотрим, какой идёт ток. Ток этот постепенно по мере "выздоровления" начинает расти. И дорасти он должен до заданного (регулируемого) предела. Там не источник тока, а источник напряжения с ограничителем тока - это важно.

[Agaev]

Здесь: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/H/HOROVIC_P ... ll_U..html Вторая сверху книга: Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. (The Art of Electronics) [Djv-35.5M] Монография. Издание 7-е. 2015 г.
Прочитайте главу 6.22. Там немного , но может пригодиться.

[Телекот]

В исходной схеме нет регулировки напряжения.

[alexg-nn]

В исходной схеме нет регулировки напряжения.

Там есть модифицированная схема этого прибора, где в других режимах работы подключается вторая Крона. Я решил это дело организовать просто имея диапазон регулировки 9-18В. Можно обойтись и двумя этими напряжениями, конечно, дискретно их переключая. Ну и под стабилизацией я имел в виду то, что всё таки придерживаться тех номиналов напряжений, что изначально заложены. А то нужный ток то можно и от часовой батарейки получить (теоретически в смысле), только она вряд ли вытянет сопротивление кожи.

[musor]

вариант с 2 кронами или лучше с сухой батарей на 48(для связистоф делали в ссср) схема проще выйдет