Supercap-RTC?

Ich entwerfe ein ATmega-basiertes Mikrocontroller-Testboard. Eine der Funktionen, die ich einschließen möchte, ist eine Echtzeituhr mit einem Maxim DS1307 IC . Anstatt ein herkömmliches Backup der Knopfzellenbatterie einzuschließen, möchte ich jedoch einen wirklich kleinen Superkondensator verwenden.

Der Stromverbrauch des DS1307 beträgt im Backup-Modus normalerweise etwa 500 nA. Panasonic stellt eine wirklich kleine Supercap mit 0,015 F und 2,6 V her, die so aussieht, als würde sie funktionieren. Wie kann ich abschätzen, wie lange die RTC auf dieser Superkappe ausgeführt wird?

Wie David sagt, verlieren Supercaps ihre Ladung bis zu einem gewissen Grad, was hauptsächlich über längere Zeiträume ein Problem darstellt. Lassen Sie uns die erforderlichen Berechnungen durchführen und die Leckage ignorieren.
Der Spannungsabfall an einem Kondensator bei konstantem Strom ist gegeben durch

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

oder zeitlich neu ordnen:

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

$V_{BAT}$ beträgt normalerweise 3 , für die gegebene Superkappe jedoch maximal 2,6 V. Das Minimum für die RTC beträgt 2 V, sodass der zulässige Spannungsabfall 0,6 V beträgt. Geben Sie die anderen Zahlen ein, die sich daraus ergeben

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

Das ist nicht sehr lang, aber dann hast du auch eine eher kleine Superkappe gewählt. Eine 1F / 3V-Kappe würde Ihre Zeit auf 23 Tage verlängern, aber dort müssten wir die Leckage der Kappe berücksichtigen, sodass dies in der Praxis etwa eine Woche bis vierzehn Tage dauern kann.

Bearbeiten
Wenn Sie nur die richtige RTC und Supercap auswählen, wird die Lebensdauer erheblich verbessert. Die PCF2123 RTC kann bis zu 1,1 V betrieben werden, und eine PAS311HR- Superkappe hat nicht nur eine höhere Kapazität von 30 mF, sondern kann auch bei 3,3 V betrieben werden. Dann wird die Gleichung

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

oder kurz vor einer Woche. Eine 1F / 3,3V-Kappe wäre 7 Monate lang oder wahrscheinlich 2 bis 3 Monate lang, wenn die Selbstentladung berücksichtigt wird.

In der Praxis ist es schwer abzuschätzen, wie lange die RTC auf der Kappe laufen wird. Das Problem ist, dass Supercaps oft einen hohen Leckstrom haben, oft höher als die RTC selbst. Sie werden feststellen, dass im Datenblatt von Panasonic nicht einmal der Leckstrom erwähnt wird und die empfohlenen Anwendungen keine RTC-Sicherung für mehr als eine Woche oder einen Monat benötigen.

Ich konnte keine Supercaps finden, die diese Spezifikation tatsächlich auflisten. Das Beste, was ich finden konnte, war eine NEC-Tokin-Kappe, die nach 24 Stunden besagte, dass eine 5-V-Kappe sich selbst auf nicht weniger als 4,2 Volt entlud und nicht angeschlossen war.

Ich habe einmal eine 5V, 5 Farad Supercap auf einer RTC verwendet (ich habe den Chip vergessen, und das war vor 10 Jahren), und die Backup-Zeit betrug ungefähr 7 oder 8 Monate. Dies war deutlich niedriger als das, was ich nur unter Verwendung der maximalen Stromaufnahme vom RTC-Chip und des Kapazitätswerts der Kappe berechnet habe. Wenn ich mich richtig erinnere, habe ich ungefähr 1,5 bis 2,0 Jahre berechnet.

Alte Frage, aber eine weitere Erkenntnis, die ich gerne teilen möchte

Ich gehe davon aus, dass die Leute die Superkappe aufladen möchten, wenn die normale Stromversorgung eingeschaltet ist, und dass dadurch Dioden in den Schaltkreis gelangen (siehe Bild), wodurch die effektive gespeicherte Energie, die Ihre RTC verbrauchen kann, reduziert wird und eine erhebliche Menge verloren geht, die hier bisher niemand erwähnt hat.

Ich habe es auf Partikel gefunden. Sie erwähnen auch, dass STM Micro es nicht toleriert, Strom vom VBAT-Eingang zurückzusenken, wenn: Sie anfangen, die Kappe zu laden, die unter Vin-0,6 V liegt. Die meisten diskreten RTCCs sind auch so, so braucht man D2. Grund D1 ist ziemlich offensichtlich, Sie möchten, dass nur das RTCC die gespeicherte Energie der Superkappe nutzt.

Die Wahl von Schottkys wird (wieder einmal) ein Kompromiss sein. Je niedriger die von Ihnen gewählte Durchlassspannung ist, desto höher ist höchstwahrscheinlich der Rückwärtsleckstrom. Zum Beispiel hat ein BAS-40 (Sie finden zwei in Reihe geschaltete Konfiguration in SOT-23 mit "S" -Postfix) einen Spannungsabfall von 0,4 V, wenn Sie die Kappe mit 10 mA bei 25 ° C aufladen (siehe Datenblatt ), UND leckt am Größenordnung von 0,1 uA bei normalen Temperaturen. Wenn Sie sich für einen anderen Schottky entscheiden, kann die Leckage leicht zehnhundertmal höher sein. Dies kann den in der vorherigen Antwort gemessenen Wert Kasi erklären .

Wir verwenden Superkondensatoren in unserem Produkt für Backup-RTC. Der Leckstrom des Superkondensators beträgt fast 1 uA. Es kann nicht einmal für einen einzelnen Tag eine RTC unterstützen. Maximal 12-15 Stunden. Es kann jedoch weniger als 5 Stunden aufgeladen werden. Das ist einer der Vorteile.