Mikrokontroler daya dari super kapasitor

9

Saya memiliki UC yang berfungsi dengan 1.8V hingga 3.3V. Konsumsi saat ini sekitar 20uA dalam mode tidur dan sekitar 12 mA dalam keadaan aktif. UC akan memasuki keadaan aktif selama sekitar 100 ms setiap menit.

Jadi saya mencoba untuk menyalakan ini dari topi super Vishay: 15F pada 2,8 volt dengan ESR 1,2O pada 1kHz.

Matematika mengatakan saya bisa menarik sekitar 4,10 mA dari tutup ini sebelum voltase turun menjadi 1,8 volt, di mana mikro akan dimatikan.

Jadi .. pertanyaannya: apakah saya melewatkan sesuatu? Haruskah saya menambahkan elektrolitik kecil antara tutup super dan mikro? Sebuah zener kecil untuk membatasi lonjakan tegangan yang mungkin (mungkin?)? Haruskah saya menambahkan konverter boost uang untuk mendapatkan sedikit lebih banyak dari kapasitor?

Juga .. jika saya menonaktifkan deteksi brownout pada mikrokontroler, mungkin saya dapat menarik sesuatu seperti 10% lebih banyak biaya dari kapasitor? Saya dapat menerapkan pengecekan kesalahan jika keluaran mikro omong kosong, yang biasanya terjadi dalam skenario tegangan rendah dengan deteksi brownout dinonaktifkan.

microcontroller power-supply capacitor Nick M
sumber
2
Jika output mikro omong kosong karena tegangan rendah, maka setiap koreksi kesalahan yang berjalan pada mikro itu juga omong kosong.
AaronD
Mengapa seseorang ingin menjalankan kode pemeriksaan kesalahan pada mikro yang sama yang mungkin menghasilkan kesalahan? data akan diperiksa untuk kesalahan pada saat mengunduh. (maaf jika saya tidak jelas dalam posting asli saya)
Nick M
1
Bukankah beban 4,1mA melintasi ESR 1,2 ohm menghasilkan ~ 5 milivolt dari penurunan tegangan? (0,0049V = 0,0041A * 1,2Ohms)
Sam
2
Oh, ini datalogger. Dengan asumsi Anda baik-baik saja dengan menyimpan omong kosong, masih ada pertanyaan apakah pengalamatan Anda sudah benar. Secara harfiah apa pun bisa omong kosong dalam skenario tegangan rendah: data yang akan disimpan, alamat untuk menyimpannya, penghitung program, bahkan instruksi itu sendiri. (program ini masih disimpan baik-baik saja, tetapi bisa diambil atau dieksekusi salah)
AaronD
1
Terutama berbahaya adalah jika Anda menggunakan penyimpanan yang sama untuk program dan data. Jika Anda tidak memiliki EEPROM terpisah, baik on-atau off-chip, Anda cukup terjebak dengan itu. Sekarang apa yang terjadi jika alamat penulisan menjadi omong kosong?
AaronD

Jawaban:

7

Dari parameter Anda, supercap Anda akan dikeluarkan dalam 1848 detik hingga 1,8v di bawah imbang 12mA konstan.

Bt(seconds)=C(Vcapmax−Vcapmin)/Imax

Jika hanya aktif selama 100 ms setiap menit, ia memiliki siklus tugas:

100ms/60000ms=0.0016667

Itu akan berlangsung ~ 1,1 juta menit, atau sekitar dua tahun. Itu tidak termasuk pengunduhan mode tidur. Pada 20uA, cukup menarik konsumsi daya mode aktif total Anda akan hampir sama dengan konsumsi daya mode tidur total Anda, sehingga kami dapat dengan mudah memperkirakan bahwa termasuk mode tidur (yang akan menjadi 99,84443% dari total waktu), perangkat Anda akan bertahan selama sekitar satu tahun dari terisi penuh ke 1.8v. Anda bisa memperpanjang ini sedikit dengan menambahkan efisiensi tinggi, asalkan Anda tidak menambahkan terlalu banyak kerugian dengannya. Beberapa konverter boost modern dapat menghasilkan 1,8v dari terendah 0,25v.

Monyet Kode Mabuk
sumber
Jadi sekarang pertanyaan lain adalah: berapa banyak kebocoran internal yang dimiliki supercap? Mungkin diabaikan, atau mungkin mendominasi sistem.
AaronD
Baca lembar spesifikasi. Kebocoran tinggi selama beberapa jam atau hari, tetapi turun ke tingkat yang dapat diabaikan pada saat itu. Hanya perlu waktu untuk mengkondisikan elektrolitnya, maka Anda baik untuk pergi.
Sparky256
2
Pemikiran bagus tentang kebocoran kapasitor. Ingat juga kebocoran input, pasif, dan pin input yang mungkin dimiliki board Anda. 20μA adalah jumlah kecil sehingga apa pun dapat bertambah hingga angka itu. Saya akan mempertimbangkan baterai primer lithium sederhana (bukan jenis yang dapat diisi ulang) alih-alih supercap; mereka mempertahankan biaya mereka selama bertahun-tahun dan sangat hemat biaya. Mereka memberi Anda 3.6V tetapi mungkin Anda bisa menyelesaikannya.
Guillermo Prandi
5

Jawaban dari Drunken benar, tetapi ada satu hal penting yang hilang. Anda harus mempertimbangkan supercap ESR. Untuk supercaps, mereka sering berada di kisaran 100 ohm, yang akan menyebabkan penurunan tegangan lebih dari 1V ketika MCU aktif, menyebabkannya mati.

Oleh karena itu, Anda harus memiliki tutup reguler dengan ESR rendah secara paralel, yang dapat menahan tegangan selama 100 ms aktivitas. Sesuatu seperti 1000 uF elektrolit tentu akan sesuai.

Periksa juga kebocoran tutupnya. Baik supercap dan elektrolit paralel. Arus ini bisa signifikan, relatif terhadap arus MCU siaga. Namun, mereka jarang disebutkan dalam lembar data. Anda mungkin perlu menguji.

redup
sumber
Yang ini memiliki ESR 1.2O pada 1kHz
Nick M
1
Itu adalah neraka super. Dalam hal ini, Anda tidak perlu topi tambahan besar secara paralel. Taruh saja 10u keramik, untuk mencegah penurunan tegangan karena lonjakan arus pendek, dan tentu saja 100n yang biasa dekat dengan MCU.
redup
1
Jika Anda menambahkan buck-boost, tutup yang dibutuhkan dalam lembar spesifikasi harus cukup. Sama jika Anda menggunakan regulator dropout rendah linier, batas 10uF tipikal dalam desain referensi harus cukup. Anda harus berhati-hati terhadap batasan yang Anda pilih dan berapa banyak yang Anda tambahkan, ESR mereka menambah total kerugian sistem Anda. Hal yang sama berlaku untuk resistor pull-up, atau transistor apa pun.
Drunken Code Monkey
3
Apa yang dikatakan @Drunken. Ngomong-ngomong, Anda mengatakan hal-hal yang luar biasa relevan, untuk monyet mabuk. Aku tidak setengah pintar, ketika aku mabuk, dan aku bahkan bukan monyet ... Ngomong-ngomong, minum semua! Er ... Semua terbalik!
redup
1
Keramik PS mengalahkan elektro setiap hari dalam seminggu pada arus bocor - ini adalah aplikasi yang bagus untuk memanfaatkan keramik chip X5R atau X7R yang besar (hingga 100 + μF!)
ThreePhaseEel