Зачем нужен повышающий преобразователь для аккумулятора 21700?

20 марта 2026 г.

Как повысить напряжение аккумулятора 21700? Повышаем напряжение: с 3,6 В (3,7 В) до 5 В.

Литий-ионный аккумулятор 21700 представляет собой цилиндрический элемент питания диаметром около 21 мм и длиной 70 мм. Его емкость обычно составляет от 3000 до 5000 мАч при номинальном напряжении 3,6–3,7 В. Благодаря большому объему, высокой удельной энергоемкости и длительному сроку службы аккумулятор 21700 широко используется в мощных батареях, системах накопления энергии и высокопроизводительных внешних аккумуляторах.

Кривая разряда литий-ионного аккумулятора нелинейна. По мере разрядки аккумулятора его напряжение падает с 4,2 В при полной зарядке до 2,5–3,0 В при предельном напряжении. Один аккумулятор 21700 не может напрямую питать USB-выход с напряжением 5 В, поэтому требуется повышающий преобразователь.

Принцип повышающего преобразования

Повышающий преобразователь — это тип импульсного источника питания, в котором используются катушка индуктивности, конденсатор, диод и ключ для повышения входного напряжения до более высокого и стабильного выходного напряжения. Принцип работы заключается в следующем:

(1) Включение: ток проходит через катушку индуктивности, накапливая энергию по мере линейного увеличения силы тока в катушке.

(2) Выключение: катушка индуктивности отдает энергию через диод на выход, повышая выходное напряжение выше входного.

(3) Фильтрация с помощью конденсатора: выходной конденсатор стабилизирует напряжение и обеспечивает непрерывную подачу тока.

К основным параметрам повышающего преобразователя относятся:

(1) Диапазон входного напряжения: должен соответствовать полному напряжению заряда и разряда элемента, например 2,5–4,2 В.

(2) Выходное напряжение: стабильное выходное напряжение USB 5 В.

(3) Выходной ток: зависит от нагрузки, например 1 А, 2 А, 3 А.

(4) КПД η: обычно 85–95 %.

Модули повышения мощности для аккумуляторов 21700

Распространенные микросхемы:

MT3608 — это широко используемая высокоэффективная микросхема повышающего (step-up) преобразователя, предназначенная для повышения низкого входного напряжения до более высокого выходного.

Основные характеристики MT3608:

Диапазон входного напряжения: 2–24 В.

Диапазон выходного напряжения: регулируемый, до 28 В.

Выходной ток: обычно 2 А (модули могут обеспечивать стабильный выходной ток ~1,5–2 А).

КПД: около 93 % (зависит от входного/выходного напряжения и нагрузки).

Защита: защита от перегрузки по току и перегрева.

Цена: около 1 доллара (на китайской фабрике)

Обычно используется в небольших силовых модулях, USB-бустерах, портативных устройствах и самодельных электронных устройствах.

 TPS61088 — это микросхема синхронного повышающего преобразователя высокой мощности от Texas Instruments, предназначенная для устройств, требующих более высокого напряжения и силы тока.

Основные характеристики TPS61088:

Диапазон входного напряжения: 2,7–12 В.

Диапазон выходного напряжения: регулируемый, до 12 В.

Выходной ток: может достигать 3 А, подходит для мощных нагрузок.

КПД: до 96 % (в зависимости от условий на входе и выходе).

Защита: защита от перегрузки по току, перенапряжения и перегрева.

Применение: портативные устройства, драйверы светодиодов, системы с батарейным питанием, а также устройства с высокими требованиями к повышению напряжения.

Цена: около 1,5 доллара (производство в Китае)

XL6009 — это универсальная микросхема повышающего (или понижающе-повышающего) преобразователя, которая часто используется в самодельных силовых модулях и портативных устройствах.

Основные характеристики XL6009:

Диапазон входного напряжения: 5–32 В.

Диапазон выходного напряжения: регулируемый, до ~35 В.

Выходной ток: обычно 2 А, с возможностью кратковременного повышения до более высокого значения.

КПД: около 88–94 %, в зависимости от входного/выходного напряжения и нагрузки.

Защита: защита от перегрузки по току, перенапряжения и перегрева.

Применение: повышение напряжения аккумулятора, питание светодиодов, регулируемые источники питания и портативные системы питания.

Цена: около 1,3 доллара (производство в Китае)

 Критерии отбора:

Входное напряжение соответствует диапазону разряда 21700.

Стабильное выходное напряжение 5 В.

Выходной ток соответствует нагрузке.

Модуль должен быть защищен от перегрузки по току и перегрева.

 Система управления батареями или плата защиты от короткого замыкания

Литиевая батарея должна быть оснащена схемой защиты (BMS/PCM) от перезаряда, переразряда и короткого замыкания. Защита обычно включает в себя:

(1) Защита от перезаряда: предотвращает повышение напряжения выше 4,2 В.

(2) Защита от переразряда: предотвращает падение напряжения ниже 2,5–3 В.

(3) Защита от перегрузки по току: предотвращает превышение безопасных значений силы тока.

(4) Защита от короткого замыкания: защищает модуль и нагрузку.

Для повышения напряжения одного элемента 21700 до 5 В достаточно маломощной системы управления батареями (1–3 А).

 Отвод тепла и безопасность

При высоких выходных токах и повышающий модуль, и аккумулятор будут нагреваться.

Добавьте радиаторы или обеспечьте вентиляцию, чтобы температура не поднималась выше 60 °C.

Избегайте прямых коротких замыканий и воздействия высоких температур, чтобы предотвратить тепловой разгон.

Использование высококачественных аккумуляторов и модулей повышает стабильность работы системы и продлевает срок ее службы.

Резюме

(1) Аккумулятор 21700 не может напрямую выдавать напряжение 5 В, для этого требуется повышающий модуль.

(2) Повышающий модуль следует выбирать с учетом напряжения, силы тока, КПД и защиты.

(3) Необходимо рассчитать силу тока, чтобы не превысить максимальную разрядную емкость.

(4) Защитные схемы и системы терморегулирования повышают безопасность.

(5) Одноэлементный повышающий модуль подходит для портативных внешних аккумуляторов, а многоэлементные решения можно масштабировать для систем высокой мощности.