supercap-powered RTC?

10

Saya merancang papan tes mikrokontroler berbasis ATmega. Salah satu fitur yang ingin saya sertakan adalah Jam Real Time dengan Maxim DS1307 IC . Alih-alih memasukkan cadangan baterai sel koin tradisional, bagaimanapun, saya ingin menggunakan super kapasitor yang sangat kecil.

Daya tarik DS1307 biasanya sekitar 500nA dalam mode cadangan. Panasonic membuat supercap 0.015F 2.6v yang sangat kecil yang sepertinya akan bekerja. Bagaimana saya bisa memperkirakan berapa lama RTC akan berjalan pada supercap ini?

mr_schlomo
sumber
1
Berikut ini adalah appnote hebat dari CooperBussmann digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/CooperBussmann_283/…
AlcubierreDrive

Jawaban:

14

Seperti David mengatakan superkaps bocor muatan mereka sampai batas tertentu, yang terutama merupakan masalah selama periode waktu yang lebih lama. Mari kita buat perhitungan yang diperlukan dengan mengabaikan kebocoran.
Tegangan jatuh melintasi kapasitor pada arus konstan diberikan oleh

ΔV=sayaΔTC

atau mengatur ulang waktu:

ΔT=CΔVsaya

VBSEBUAHT

ΔT=0,015F0,6V500nSEBUAH=18000s=5 jam

yang tidak terlalu lama, tetapi kemudian Anda juga memilih supercap yang agak kecil. Tutup 1F / 3V akan menambah waktu Anda menjadi 23 hari, tetapi di sana kami harus memperhitungkan kebocoran tutup, jadi dalam praktiknya ini mungkin sekitar satu minggu hingga dua minggu.

sunting
Hanya memilih RTC yang tepat dan supercap akan secara dramatis meningkatkan umur panjang. The PCF2123 RTC dapat beroperasi ke 1,1 V, dan PAS311HR supercap tidak hanya memiliki kapasitansi yang lebih tinggi dari 30 mF, tetapi juga dapat beroperasi pada 3,3 V. Kemudian persamaan menjadi

ΔT=0,030F2.2V110nSEBUAH=18000s=167 jam

atau hanya kurang dari satu minggu. Batas 1F / 3.3V akan baik untuk 7 bulan, atau mungkin 2 hingga 3 bulan dengan mempertimbangkan self-discharge.

stevenvh
sumber
Terima kasih untuk persamaannya ... Saya kira saya harus mempertimbangkan kembali ukuran supercap. Saya pikir saya akan membutuhkan satu di kisaran ~ 1-2 hari (mungkin sekitar ~ 0,5F).
mr_schlomo
9

Dalam praktiknya, sulit untuk memperkirakan berapa lama RTC akan berjalan pada batas. Masalahnya adalah bahwa supercaps sering memiliki arus bocor tinggi, seringkali lebih tinggi dari RTC itu sendiri. Anda akan melihat bahwa lembar data Panasonic bahkan tidak menyebutkan kebocoran saat ini, dan aplikasi yang direkomendasikan tidak memerlukan cadangan RTC selama lebih dari seminggu atau sebulan.

Saya tidak dapat menemukan supercaps yang benar-benar daftar spesifikasi ini. Yang terbaik yang bisa saya temukan adalah topi NEC-Tokin yang mengatakan setelah 24 jam, tutup 5v terlepas sendiri hingga tidak lebih rendah dari 4,2 volt dengan tidak tersambung.

Saya pernah menggunakan supercap 5v, 5 farad pada RTC (saya lupa chip, dan ini 10 tahun yang lalu), dan waktu cadangan sekitar 7 atau 8 bulan. Ini secara signifikan lebih rendah dari apa yang saya hitung hanya menggunakan spec gambar arus maksimum dari chip RTC dan nilai kapasitansi tutup. Jika saya ingat dengan benar, saya menghitung sekitar 1,5 hingga 2,0 tahun.


sumber
Dan mengapa Anda tidak menggunakan baterai sel koin lithium seperti 2032? Relatif murah dan bisa bertahan 10 tahun atau lebih. Apa yang kulewatkan di sini?
Al Kepp
@ DavidKessner Hmm, poin bagus. Penggunaan yang saya maksudkan adalah menjalankan RTC dari supercap selama seminggu di antara pengisian ulang baterai utama. Bisakah saya melakukannya dengan supercap, atau akankah bocor terlalu banyak saat ini?
mr_schlomo
@AlKepp CR2032 bagus, tapi sangat besar. Saya mencari cadangan RTC kecil yang dapat diisi ulang yang hanya perlu dijalankan selama beberapa hari.
mr_schlomo
2
@AlKepp Baterai, termasuk yang dapat diisi ulang, adalah masalah perawatan. Ketika mereka gagal, mereka membutuhkan penggantian. Saya merancang peralatan yang perlu operasional selama 10-15 tahun dan sementara beberapa lithium dapat bertahan selama itu selalu ada beberapa yang gagal lebih awal (bahkan dari lot yang sama). JIKA supercap dapat melakukan pekerjaannya, maka supercap memiliki banyak manfaat dibandingkan baterai.
2
@ mr_schlomo Anda tentu bisa menggunakan supercap selama seminggu untuk cadangan RTC. Yang tidak bisa saya katakan adalah supercap yang Anda butuhkan. Satu-satunya cara untuk mengetahuinya adalah coba satu dan lihat apa yang terjadi. Untuk perkiraan yang sangat kasar, Anda bisa melewati perhitungan dan kemudian menggandakan ukuran tutupnya.
2

Pertanyaan lama, tetapi wawasan lain yang ingin saya bagikan

Saya berasumsi orang akan ingin mengisi supercap ketika catu daya normal menyala, dan itu akan membawa dioda ke curcuit, (lihat gambar) mengurangi energi tersimpan efektif yang dapat digunakan RTC Anda, membocorkan sejumlah besar yang belum pernah disebutkan sejauh ini di sini.

Pengisian supercap dengan dioda

Saya menemukannya di particle.io. Mereka juga menyebutkan bahwa mikro STM tidak mentolerir arus yang tenggelam dari input VBAT ketika: Anda mulai mengisi daya tutup yang di bawah Vin-0.6V. Sebagian besar RTCC diskrit seperti itu juga, itu sebabnya Anda perlu D2. Alasan D1 cukup jelas, Anda hanya ingin RTCC menggunakan energi supercap yang tersimpan.

Memilih Schottkys akan menjadi tradeoff (lagi). Semakin rendah tegangan maju yang Anda pilih, kemungkinan besar semakin tinggi arus bocor balik. Misalnya BAS-40 (Anda dapat menemukan dua konfigurasi seri di SOT-23, dengan postfix "S") akan memiliki drop tegangan 0.4V jika Anda mengisi daya tutup dengan 10mA pada 25C (lihat lembar data ), DAN akan bocor pada urutan 0,1 uA pada suhu normal. Jika Anda memilih schottky yang lain, kebocoran dapat dengan mudah mencapai seratus kali lipat. Itu bisa menjelaskan nilai Kasi yang diukur dalam jawaban sebelumnya.

Krisztián Szegi
sumber
1

Kami menggunakan Super kapasitor dalam produk kami untuk cadangan RTC. Arus bocor supercapacitor hampir 1uA. Itu tidak dapat mendukung untuk RTC bahkan untuk satu hari. Maksimal 12-15 jam saja. Tetapi bisa dikenakan biaya kurang dari 5 jam. Itulah salah satu keunggulannya.

Kasi
sumber