Denyut nadi beban berat dengan sel koin

Sel koin litium diberi peringkat untuk penarikan arus standar yang cukup rendah, pada urutan 1 hingga 5 mA. Selain itu, sementara mereka memungkinkan penarikan arus berdenyut yang lebih besar (yaitu, ledakan berkala), ini tampaknya merusak kapasitas sel (dan juga dapat menyebabkan penurunan tegangan selama pulsa).

Saya mengangkat topik ini karena ketertarikan dalam penerapan sel koin untuk kasus penggunaan umum (seperti LED atau transmisi nirkabel berdaya rendah baru-baru ini), jadi saya tidak memiliki sirkuit tertentu dalam pikiran.

Tapi bayangkan dua skenario, satu siklus rendah dan satu lagi lebih berat:

• Kasus A : Beban menarik 25 mA selama 25 milidetik setiap 2,5 detik sekali.
• Kasus B : Beban menarik 50 mA selama 100 milidetik setiap 1 detik sekali.

Saya tertarik pada analisis apakah reservoir berbasis kapasitor dapat diterapkan ke (dan dengan demikian, apakah bijaksana untuk) menjalankan salah satu kasing pulsa di atas sel koin.

Catatan 1: Dalam kedua kasus, saya sedang mempertimbangkan situasi umum dengan sel Coin -> 3.3V Boost regulator -> LOAD [mikrokontroler + LED dengan resistor seri + Modul nirkabel + dll]. Dan Cap / Supercap sejajar dengan pasokan beban.

Catatan 2: Saya sadar bahwa seseorang dapat menggunakan baterai Li-ion / LiPo tetapi mereka memiliki self-discharge yang lebih tinggi (baik karena kimia mereka atau karena sirkuit perlindungan mereka), sehingga mereka mungkin tidak ideal untuk, katakanlah, nirkabel logger suhu yang mentransmisikan sekali setiap jam.

Dokumen yang relevan: Lembar data berikut menunjukkan berbagai informasi, termasuk karakteristik pelepasan pulsa, tegangan operasi vs. beban, dll .:

1. Energizer Lembar Data CR2032
2. Lembar Data Panasonic CR2032
3. Lembar Data Sony CR2032
4. Lembar Data Maxell CR2032

Selain itu, dokumen-dokumen berikut membahas beberapa penilaian empiris / diskusi kualitatif tentang menjalankan beban yang agak besar (dengan penarikan arus puncak pada urutan puluhan milliamps) menggunakan sel koin:

1. Catatan Aplikasi TI: Sel koin dan gambar arus puncak

2. Catatan Aplikasi Nordic Semiconductor: Dampak drainase pulsa tinggi pada kapasitas baterai sel koin CR2032

3. Catatan aplikasi Freescale: Pertimbangan Daya Rendah untuk Aplikasi ZigBee Dioperasikan oleh Baterai Sel Koin

4. Catatan Aplikasi Jennic: Menggunakan Sel Koin di PAN Nirkabel

Perhitungannya mudah. Ukuran kapasitor hanyalah pertanyaan tentang seberapa besar penurunan tegangan yang dapat Anda toleransi selama durasi pulsa. Arus rata-rata dari baterai adalah fungsi dari siklus tugas.

ΔV = I × Δt / C

Solving for C memberi:

C = I × Δt / ΔV

Mari kita asumsikan Anda dapat mengizinkan ΔV = 0.1V. Sebagai contoh pertama Anda, ini berfungsi untuk:

C = 25 mA × 25 ms / 0,1 V = 6,25 mF

Undian rata-rata saat ini adalah 25 mA * 25 ms / 2.5 s = 0.25 mA.

Untuk contoh kedua, angka-angkanya menjadi:

C = 50 mA × 100 ms / 0,1 V = 50 mF

Arus rata-rata = 50 mA * 100 ms / 1.0 s = 5 mA.

Kapasitor paralel akan cocok, tetapi hanya jika Anda memilihnya dengan hati-hati.

Seperti yang dijelaskan oleh @stevenvh, kapasitor paralel dengan beban cocok untuk beban berdenyut. Karakteristik penting dari kapasitor (terlepas dari kapasitansinya C ) adalah resistansi isolasi (IR). Resistansi isolasi menentukan kebocoran muatan dari kapasitor sambil menunggu di antara pulsa.

Pada 3 V Anda akan memiliki arus bocor 60 μA, yang sebanding dengan penarikan arus rata-rata beban Anda.

Pada kasus penglihatan pertama, A sepertinya tidak akan menyebabkan masalah (tapi tunggu!). Kalkulasi balik amplop: siklus tugas hanya 1%, jadi 25 mA harus dikompensasi oleh arus pengisian 250 μA. Itu untuk arus konstan, yang mengubah tegangan kapasitor secara linear seiring waktu.

$C = \dfrac{t_1 \times I_1}{\Delta V} = \dfrac{25 ms \times 25 mA}{\Delta V} = \dfrac{625 \mu C}{\Delta V}$

$C = \dfrac{t_2 \times I_2}{\Delta V} = \dfrac{(2.5 s - 25 ms) \times 253 \mu A}{\Delta V} = \dfrac{625 \mu C}{\Delta V}$

Begitu $C$akan ditentukan oleh penurunan voltase yang Anda izinkan. Jika Anda membiarkan penurunan 200 mV, ke 2,8 V, maka Anda akan membutuhkan kapasitor 3100 μF.

Tetapi dalam kebanyakan aplikasi dunia nyata saat ini tidak akan konstan, dan pengisian / pemakaian kapasitor melalui resistor akan berjalan secara eksponensial. Anda hanya memiliki perbedaan 1 V antara kapasitor 3 V dan LED 2 V, dan Anda tidak ingin menjatuhkan kapasitor terlalu banyak sebelum 25 ms selesai; tidak memudar akan terlihat seperti itu, tetapi kecerahan rata-rata akan menjadi. Jadi dengan asumsi penurunan maksimum yang diizinkan 200 mV dalam 25 ms akan berarti:

$(3 V - 2 V) \times e^{\left(\dfrac{-25 ms}{R C}\right)} + 2 V = 2.8 V$

then $R C$ = 0.11 s.

For recharging we'll have to set an end voltage; if we would like to recharge to the full 3 V it would take an infinite time. So if we set our target at 99 % of 3 V we can write a similar equation:

$(3 V- 2.8 V) \times e^{\dfrac{-(2.5 s-25 ms)}{R C}} = 3 V \times 1 \%$

then $R C$ = 1.30 s.

Yes, that's different $R C$ times because the $R$ is different: for the discharge it's the LED's series resistor, for the recharging it's the resistor from the battery.

For the series resistor with the LED we can calculate

$R_1 = \dfrac{2.9 V - 2 V}{25 mA} = 36 \Omega$

The 2.9 V is the average voltage during discharging, which allows us to calculate the average current. The begin current will be 27.5 mA, but that's not going to be a problem. I calculated the 2.9 V simply as the average between 3 V and 2.8 V, but that's quite OK, over this short time you can assume the discharge to be nearly linear. (I just did the calculation with the integral of the discharge curve, and that gives us 2.896 V average, which confirms that; the error is only 0.13 .)

Since we know $R_1 C$ and $R_1$ we can find $C$:

$C = \dfrac{0.11 s}{36 \Omega} = 3100 \mu F$

And now we can find the charging resistor too:

$R_2 = \dfrac{1.30 s}{3100 \mu F} = 420\Omega$.

Note that the capacitance is the same as with our constant current charging and discharging. That's because the short discharge can be approximated well as linear, like we saw earlier, and also I rounded the values.

It is important to choose the right size cell and supplier for your application and understand the loss of capacity drops a lot when you exceed the rated load. They need to supply the capacity vs load resistance for your operating temperature. If not given you calculate the battery's ESR at rated cutout voltage and load.

Keep in mind the initial ESR is much smaller e.g. 10% cutout ESR and that also degrades from cold temperature by almost 3x from 23'C to 0'C. They means your capacity is reduced.

The load ESR increases with duty factor (d.f.) ESR = V/I * 1/d.f.
In both your Cases A & B, d.f. is 2.ms/2.5s = 0.01 ( 1%)

Let's start with these values and neglect ESR of battery.

• Case A, 3V@25mA, 1% d.f. ESR= 12 kΩ (assuming linear for now)
• Case B, 3V@50mA, 1% d.f. ESR= 6 kΩ ( " ")

Your Vmin or regulation spec,. will greatly affect the lifetime reduction from rated capacity. Many suppliers use 33 to 50%, you might need 10~20%.

Note below the graph of ESR of the battery rises sharply with loss of capacity after 2/3rd is consumed. It rises almost 1 orders of magnitude over its capacity lifetime. (5.5Ω ~ 45Ω)

The battery capacity in mAh is inversely proportional to the battery ESR. You can estimate it from the rated load resistance and EOL voltage.

Dari apa yang saya pahami, beban pulsa tidak merusak kapasitas baterai tetapi lebih dari apa pun yang menaikkan ESR mendekati ESR beban. Jelas, spesifikasi peraturan Anda menentukan seberapa dekat baterai Rs dapat mendekati ESR dari beban Anda.

Secara intuitif Anda tahu jika tegangan guntingan adalah 50% atau 1.5V, guntingan ESR menjadi sama dengan tahanan beban. Jika guntingan ditentukan pada 2V maka tahanan beban terukur harus 2x ESR baterai untuk memberikan titik guntingan 2/3.

Jadi jika guntingan Anda 90% (turun 10% dari 3V), Anda harus memastikan ESR beban Anda adalah 9x ESR untuk sel tersebut pada tegangan guntingan dan kemudian diturunkan oleh suhu terburuk Anda.

If the load is reduced at that cutout point, one might be able to salvage some extended time otherwise lost by your raising the load ESR by increasing the time interval between transmissions.

A big capacitor only helps for one transmission but not every few seconds @ 1%.

From what I see, depending on your dropout tolerance and battery life spec, I suspect you need to consider a CR2032 as a minimum. http://www.gpbatteries.com/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=271&Itemid=686