原创设计：用常规元件做一个超低损耗的锂电1.5V稳压器
时间:2017-07-31 15:06 来源:数码之家 作者:decent 点击:次
手里有不少杂七杂八的旧锂电，容量不大，内阻却不小  。上不了什么大场面，只能用来改改燃气灶、电蚊拍或者万用表什么的。最近，我又盯上了家里的石英钟，这就面临一个把锂电降到1.5V的问题。。。 普通三端稳压自身的电流损耗往往比石英钟工作电流还大，对这种常年不间断通电的情况，会严重影响电池的续航时间。 虽然串联二极管降压的方案可以避免这个问题，但定值降压有个明显的缺点，就是输出电压会跟随输入电压同步变化。锂电从满电（4.2V）到空电（3.3V）有0.9V的压降，这个幅度已远超石英钟所能接受的电压波动范围。所以当电池电压逐步降低时，即使电池容量还没放完，输出电压就已经先行不足了。 如果能把稳压电路的自身电流损耗降到可以忽略的水平，显然会是一个比较理想的解决方案。 手上没有合适的微功耗三端IC，决定自制一个。石英钟平均电流一般只有零点几mA，最大输出电流设计10mA已绰绰有余，得益于此，有望把稳压板自身的电流损耗控制在5uA以内！ 1. 电路方案见下图，由普通的串联稳压变形而来。只不过常规设计都是以提高稳压性能为主，而这里稍微变换下思路，放弃了对稳压性能的追求，把降低自身的电流损耗作为主要设计目标。 ps： 后面有一些朋友表示采用开关稳压方案会比现在有更好的降压效率，在这里谈谈我的看法： 开关稳压器虽然可以明显改善压差效率，但同时自身的电流损耗至少要比目前方案高1～2个数量级。普通应用中这点电流当然可以忽略，但在这里，即使数十uA级别的电流损耗也是很难接受的。 如果有极低静态功耗的DCDC芯片倒是可以考虑，但对大多数人来说未必能搞到，那方案本身的实用性也就不高了。 
2. 全部采用常规易得元件，方便业余自制： R1可以390K～560K，取值越小电流损耗相应增大 R2在3M±20%左右均可 R3和R4的比值决定输出电压值，R3+R4总阻值在1M±20%左右为宜，总阻值越小电流损耗也会有所增大 C1用普通瓷片、贴片均可，0.1u是个很常见易得的规格 C2为4.7u～47u任意电解，无耐压要求 三极管只要是小功率NPN均可，不限型号，只希望β尽量大，最好不低于300。如果实在有困难，200左右也可以，只是输出电流能力稍有降低，但对石英钟来说，即使有5mA也足够了。 3. 这是专为手工刀刻板设计的PCB（注意视图方向为元件面），线路很简单，用洞洞板也可以做 
4. 刻好的板子，尺寸约21*10mm 
5. 焊接好的板子，待测试完毕后引出4根线套入热缩管内 
6. 虽说设计时放弃了对稳压性能的要求，但在这么低的工作电流下，稳压性能损失有多大，是否能满足基本的输出要求，还是有必要做一下实际的测试。
(责任编辑：admin)测试图就不拍了，太麻烦，而且20多张万用表屏幕看起来也眼花，还是直接整理成表格比较清楚。 空载特性：输出空载，在稳压板输入端串入uA表，测量不同输入电压下稳压板自身的空载电流消耗及输出电压变化。 负载特性：输出端挂150欧电阻作负载，测量不同输入电压下的输出电压变化，并与空载测试结果作对比。 测试结果见下表：  因为锂电在3.7V～3.8V平台放电时间最长，根据实测结果，可以确认这块稳压板的平均电流损耗在5uA以内！ 小电流放电的锂电容量释放非常缓慢，放电更充分，终止电压应比大电流放电稍高，建议在3.3V为宜 顺便提醒下，这种微功耗高阻板子，焊剂污染会造成额外的漏电损耗。我一开始测试时，因数次更换不同电阻作性能对比，板子有点脏，静态电流就明显偏大，用毛刷蘸酒精刷了一下才恢复正常。 7. 测试结论： 虽然追求低损耗牺牲了一些稳压性能，但实测结果还算令人满意，在电池电压低至3.3V时输出电压也不算很差。 至于自身损耗，以容量仅600mAh的垃圾电池计算，5uA的漏电已足以维持600*1000/5=12万小时=5000天≈14年！ 考虑到锂电的自放电，这个数值其实没什么实际意义，只是表明这块稳压板的自身损耗对于续航时间的影响已经可以忽略！ 无关紧要的一些补充，有兴趣就看看： 8. 受Q3的be结温度系数影响，稳压板的输出电压在冬季（以室温10度计）会比夏季（以室温30度计）升高约0.1V，要求高的朋友可以在调整输出电压时根据当时室温预作一点修正（夏天时做的低一点，冬天就稍调高），以使输出电压尽可能在一个比较理想的范围内。 9. 为增加续航时间，可以多个电池并联使用，对容量和内阻全无要求，支持各种封装类型混搭。唯一需要注意的就是自放别太严重：否则不仅自己漏得快，还会拖累其它电池。 不过考虑到锂电池的自放因素，能续航1～2年也就差不多了，继续增加容量恐怕对续航的改善也有限。 10. 锂电池自带的保护板本身也会有一定的消耗电流，为避免多块保护板无谓的漏电损失，可以把电芯并联后共用一块保护板。 为防止过放电损伤电池，可以把保护板的保护电压改到3.3V，见我旧帖：http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=887979 11. 与石英钟的装配方式，可以考虑那种手机座充，比如曾经的德赛座充套装：把里面充电板换成这个稳压板（保留电池触点），这样每次换电池会很方便。 12. 对于工作电流较大的闹钟之类可参考下图，输出电流能力应该可以达到200mA左右，但同时自身的静态损耗也将升高到约30uA。 因电流和功耗稍大，下图中Q1使用插脚的TO-92封装为好。  |