Microcontrollore di potenza da super condensatore

Ho un uC che funziona con 1,8 V fino a 3,3 V. Il consumo di corrente è a circa 20uA in modalità di sospensione e circa 12 mA in stato attivo. L'UC entrerà nello stato attivo per circa 100 ms ogni minuto.

Quindi sto cercando di alimentare questo da un super cap di Vishay: 15F a 2,8 volt con un ESR di 1,2O a 1kHz.

La matematica dice che posso estrarre circa 4,10 mA da questo cappuccio prima che la sua tensione scenda a 1,8 volt, a quel punto il micro si spegnerà.

Quindi ... la domanda: mi sto perdendo qualcosa? Devo aggiungere un piccolo elettrolitico tra il super tappo e il micro? Un piccolo zener per limitare eventuali picchi di tensione (possibili?)? Devo aggiungere un convertitore buck boost per ottenere un po 'di più dal condensatore?

Inoltre .. se disabilito il rilevamento del brownout sul microcontrollore, forse posso estrarre qualcosa come il 10% in più di carica dal condensatore? Posso implementare il controllo degli errori nel caso in cui le micro uscite siano incomprensibili, cosa che di solito accade in scenari a bassa tensione con rilevamento del brownout disabilitato.

microcontroller power-supply capacitor

— Nick M
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Se le micro uscite sono incomprensibili a causa della bassa tensione, anche qualsiasi correzione di errore che gira su quel micro è incomprensibile.

— AaronD,

Perché uno dovrebbe voler eseguire il codice di controllo degli errori sullo stesso micro che potrebbe generare gli errori? i dati verranno controllati per errori al momento del download. (scusate se non ero chiaro nel mio post originale)

— Nick M

Un carico di 4,1 mA su un ESR di 1,2 ohm non genererebbe una caduta di tensione di circa 5 millivolt? (0,0049 V = 0,0041 A * 1,2 Ohm)

— Sam,

Oh, è un registratore di dati. Supponendo che tu stia bene con l'archiviazione senza senso, c'è ancora la questione se il tuo indirizzo sia corretto. Letteralmente qualsiasi cosa può essere incomprensibile in uno scenario di bassa tensione: i dati da memorizzare, l'indirizzo in cui memorizzarli, il contatore del programma, persino le istruzioni stesse. (il programma è ancora archiviato correttamente, ma potrebbe essere recuperato o eseguito in modo errato)

— AaronD

Particolarmente pericoloso è se si utilizza la stessa memoria sia per programma che per dati. Se non hai una EEPROM separata, sia on-off che off-chip, sei praticamente bloccato con quello. Ora cosa succede se l'indirizzo di scrittura diventa incomprensibile?

— AaronD,

Risposte:

Dai tuoi parametri, il tuo supercap si scarica in 1848 secondi a 1,8 V con un assorbimento costante di 12 mA.

B t (s e c o n d s) = C (V c a p m a x - V c a p m i n) / I m a x

$Bt(seconds) = C(Vcapmax - Vcapmin) / Imax$

Se è attivo solo per 100 ms ogni minuto ha un ciclo di lavoro di:

100 m s / 60000 m s = 0.0016667

$100ms / 60000ms = 0.0016667%$

Durerebbe ~ 1,1 milioni di minuti, o circa due anni. Ciò esclude tuttavia la modalità di sospensione. A 20uA, abbastanza interessante il consumo totale in modalità attiva sarebbe circa lo stesso del consumo totale in modalità sospensione, quindi possiamo facilmente stimare che includendo la modalità sospensione (che sarà il 99,84443% del tempo totale), il dispositivo durerà per circa un anno da completamente carica a 1,8 V. Potresti estenderlo un po 'aggiungendo un buck-boost ad alta efficienza, a condizione di non aggiungere troppe perdite. Alcuni convertitori boost moderni possono erogare 1,8 v da appena 0,25 v in.

— Scimmia codice ubriaco
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Quindi ora l'altra domanda è: quanta perdita interna ha il supercap? Potrebbe essere trascurabile o potrebbe dominare il sistema.

— AaronD,

Leggi le schede tecniche. La perdita è elevata per alcune ore o giorni, ma a quel punto scende a un livello trascurabile. Ha solo bisogno di tempo per condizionare il suo elettrolita, quindi il tuo bene per andare.

— Sparky256

Buona riflessione sulla perdita del condensatore. Tieni presente anche eventuali perdite del pin di input, elementi passivi, ecc. Che la scheda potrebbe avere. 20µA è una piccola quantità, quindi qualsiasi cosa può sommarsi considerevolmente a quella cifra. Considererei una semplice batteria primaria al litio (non quella ricaricabile) invece del supercap; mantengono la carica per anni e sono molto convenienti. Ti danno 3,6 V ma forse puoi risolverlo.

— Guillermo Prandi

La risposta di Drunken è corretta, ma manca una cosa importante. È necessario considerare il supercap ESR. Per i supercap, spesso si trovano nell'intervallo di 100 ohm, il che provocherebbe una caduta di tensione superiore a 1 V quando l'MCU è attivo, causando lo spegnimento.

Pertanto, è necessario disporre di un cappuccio normale con basso ESR in parallelo, in grado di mantenere la tensione durante i 100 ms di attività. Qualcosa come elettrolitico da 1000 uF sarebbe sicuramente appropriato.

Controllare anche la perdita dei tappi. Sia il supercap che l'elettrolitico parallelo. Questa corrente potrebbe essere significativa, relativamente alla corrente MCU in standby. Tuttavia, sono raramente menzionati nei fogli dati. Potrebbe essere necessario testare.

— offuscare
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Questo ha ESR 1.2O a 1kHz

— Nick M

Questo è un inferno di un supercap. In questo caso, non è necessario un tappo aggiuntivo così grande in parallelo. Metti solo un po 'di ceramica da 10u, per evitare la caduta di tensione dovuta ai picchi di corrente brevi e, naturalmente, i soliti 100n vicino all'MCU.

— dim

Se aggiungi un buck-boost, i tappi che richiederà nel suo foglio delle specifiche dovrebbero essere sufficienti. Lo stesso se si utilizza un regolatore lineare a basso dropout, i tipici cappucci da 10uF nel suo design di riferimento dovrebbero essere sufficienti. Devi stare attento ai limiti che scegli e a quanti ne aggiungi, il loro ESR aumenta le perdite totali del sistema. Lo stesso vale per qualsiasi resistenza di pull-up o qualsiasi transistor.

— Drunken Code Monkey,

Cosa ha detto @Drunken. A proposito, stai dicendo cose sorprendentemente rilevanti, per una scimmia ubriaca. Quando sono ubriaco non sono per metà intelligente e non sono nemmeno una scimmia ... Comunque, beve tutto! Ehm ... Voti a tutto tondo!

— fioco

Le ceramiche PS battono l'elettros in qualsiasi giorno della settimana a correnti di dispersione - questa è un'ottima applicazione per sfruttare le grandi ceramiche di chip X5R o X7R (fino a 100 + μF!)

— Trifoglio