Supercap-aangedreven RTC?

Ik ontwerp een ATmega-gebaseerd microcontroller-testbord. Een van de functies die ik wil opnemen is een Real Time Clock met een Maxim DS1307 IC . In plaats van een traditionele backup van de knoopcelbatterij op te nemen, wil ik echter een heel kleine supercondensator gebruiken.

Het stroomverbruik van de DS1307 ligt meestal rond 500nA in de back-upmodus. Panasonic maakt een heel kleine 0.015F 2.6v supercap , die eruit ziet alsof hij zou werken. Hoe kan ik schatten hoe lang de RTC op deze supercap zal lopen?

9
toegevoegd de auteur user2512, de bron

4 antwoord

Net als David zegt supercaps hun lading tot op zekere hoogte, wat voornamelijk een probleem is gedurende langere perioden. Laten we de vereiste berekeningen maken waarbij de lekkage wordt genegeerd.
De spanningsval over een condensator bij een constante stroom wordt gegeven door

\ $ \ Delta V = \ dfrac {I \ cdot \ Delta T} {C} \ $

of herschikken voor tijd:

\ $ \ Delta T = \ dfrac {C \ cdot \ Delta V} {I} \ $

\ $ V_ {BAT} \ $ is meestal 3V, maar voor de gegeven supercap is dit maximaal 2,6V. Minimaal voor de RTC is 2V, dus de toelaatbare spanningsval is 0.6V. De andere getallen invullen die dit oplevert

\ $ \ Delta T = \ dfrac {0.015F \ cdot 0.6V} {500 nA} = 18000 s = \ mbox {5 uur} \ $

wat niet erg lang is, maar dan kies je ook voor een vrij kleine supercap. Een 1F/3V-dop zou uw tijd tot 23 dagen verhogen, maar daar zouden we rekening moeten houden met de lekkage van de dop, dus in de praktijk kan dit ongeveer een week tot twee weken zijn.

edit
Just picking the right RTC and supercap will dramatically improve longevity. The PCF2123 RTC can operate down to 1.1 V, and a PAS311HR supercap not only has a higher capacitance of 30 mF, but can also operate at 3.3 V. Then the equation becomes

\ $ \ Delta T = \ dfrac {0.030F \ cdot 2.2V} {110 nA} = 18000 s = \ mbox {167 hours} \ $

of kortweg een week. Een pet van 1F/3,3V zou 7 maanden goed zijn, of waarschijnlijk 2 tot 3 maanden, rekening houdend met zelfontlading.

13
toegevoegd
Bedankt voor de vergelijking ... Ik denk dat ik de omvang van de supercap zal moeten heroverwegen. Ik denk dat ik er een nodig heb in het bereik van ~ 1-2 dagen (misschien rond de ~ 0,5F).
toegevoegd de auteur Jaco Briers, de bron

In de praktijk is het moeilijk in te schatten hoe lang de RTC op de dop zal lopen. Het probleem is dat supercaps vaak een hoge lekstroom hebben, vaak hoger dan de RTC zelf. U zult merken dat de Panasonic-datasheet zelfs geen lekstroom vermeldt, en hun aanbevolen applicaties hebben geen RTC-back-up nodig voor meer dan een week of maand.

Ik kon geen supercaps vinden die deze specificatie vermelden. Het beste dat ik kon vinden, was een NEC-Tokin-kapje dat na 24 uur een 5v-dop zelfontladende tot niet lager dan 4,2 volt liet zien zonder dat er iets aan vast zat.

Ik heb ooit een 5v, 5 farad supercap op een RTC gebruikt (ik ben de chip vergeten, en dit was 10 jaar geleden) en de back-uptijd was ongeveer 7 of 8 maanden. Dit was aanzienlijk lager dan wat ik had berekend door alleen de max. Stroomafgiftespecificatie van de RTC-chip en de capaciteitswaarde van de dop te gebruiken. Als ik het me goed herinnerde, heb ik iets berekend van 1,5 tot 2,0 jaar.

8
toegevoegd
Nou, je kunt muntcellen rond CR1620 kopen, of kleiner, ze zijn redelijk goedkoop en hebben een energiecapaciteit van ten minste 50mAh. Ik heb een kleine 10mAh driecellige NiMH-batterij (3,6V) in een faxmachine gezien, maar ik heb geen idee hoe ik die gemakkelijk kan krijgen ... afgezien van het verwijderen van heel veel verouderde faxmachines ...
toegevoegd de auteur EHN, de bron
@AlKepp Batterijen, inclusief de oplaadbare batterijen, vormen een probleem met onderhoud. Wanneer ze falen, moeten ze worden vervangen. Ik ontwerp apparatuur die 10-15 jaar operationeel moet zijn en hoewel sommige lithiums zo lang mee kunnen gaan, zijn er altijd een aantal die eerder falen (zelfs van dezelfde partij). ALS een supercap het werk kan doen, dan heeft een supercap veel voordelen ten opzichte van batterijen.
toegevoegd de auteur user3624, de bron
@mr_schlomo Je zou zeker een supercap kunnen gebruiken voor een week van RTC-backup. Wat ik je niet kan vertellen, is welke supercap je nodig hebt. De enige manier om te vertellen is gewoon een proberen en zien wat er gebeurt. Voor een zeer ruwe benadering zou je door de berekeningen kunnen gaan en dan de grootte van de dop verdubbelen.
toegevoegd de auteur user3624, de bron
@DavidKessner Hmm, goed punt. Mijn beoogde gebruik zou zijn om de RTC gedurende een week van de supercap te laten lopen tussen het opladen van de hoofdbatterij. Zou ik dat kunnen doen met een supercap, of zou het te veel stroom lekken?
toegevoegd de auteur Jaco Briers, de bron
@AlKepp De CR2032 is geweldig, maar hij is erg groot. Ik ben op zoek naar een kleine, oplaadbare RTC-back-up die maar een paar dagen hoeft te werken.
toegevoegd de auteur Jaco Briers, de bron
En waarom gaan mensen geen lithium-knoopcelbatterij zoals 2032 gebruiken? Het is relatief goedkoop en kan 10 jaar of langer meegaan. Wat mis ik hier?
toegevoegd de auteur Tomaso Neri, de bron

We gebruiken supercondensatoren in ons product voor back-up RTC. De lekstroom van de supercapacitor is bijna 1uA. Het kan zelfs voor een enkele dag geen ondersteuning bieden voor een RTC. Maximaal 12-15 uur alleen. Maar het kan minder dan 5 uur worden opgeladen. Dat is een van de voordelen.

1
toegevoegd

Oude vraag, maar een ander inzicht dat ik graag wil delen

Ik neem aan dat mensen de supercap willen opladen wanneer de normale voeding is ingeschakeld, en dat diodes naar de curcuit zal worden gebracht (zie afbeelding), waardoor de effectieve opgeslagen energie die je RTC kan gebruiken, wordt verminderd, waardoor een aanzienlijke hoeveelheid wordt gemorst die hier tot nu toe niet is genoemd.

Supercap charging with diodes

Ik vond het op particle.io Ze vermelden ook dat STM micro tolereert geen zinkende stroom van de VBAT-ingang wanneer: u begint met het opladen van de dop die lager is dan Vin-0.6V. De meeste van de discrete RTCC's zijn ook zo, zo heb je D2 nodig. Reden D1 ligt voor de hand, je wilt alleen dat de RTCC de opgeslagen energie van de supercap gebruikt.

Kiezen voor Schottkys zal (alweer) een afweging zijn. Hoe lager de voorwaartse spanning die u kiest, hoogstwaarschijnlijk hoe hoger de retourlekstroom. Bijvoorbeeld een BAS-40 (je kunt twee in serie configuratie vinden in SOT-23, met "S" postfix) zal een 0.4V spanningsverlies hebben als je de kap oplaadt met 10mA bij 25C (zie datasheet ), AND zal lekken in de orde van 0.1 uA bij normale temperaturen. Als u een andere schottky kiest, kan de lekkage gemakkelijk tienhonderd keer hoger zijn. Dat kan de waarde Kasi zijn die in het vorige antwoord is gemeten.

1
toegevoegd