RTC alimentato a supercap?

Sto progettando una scheda di test per microcontrollori basata su ATmega. Una delle funzionalità che voglio includere è un orologio in tempo reale con un IC Maxim DS1307 . Invece di includere un tradizionale backup della batteria a bottone, voglio usare un supercondensatore davvero piccolo.

L'assorbimento di corrente del DS1307 è in genere di circa 500nA in modalità backup. Panasonic produce un supercap da 0,015F 2,6 v davvero piccolo che sembra funzionare. Come posso stimare per quanto tempo durerà l'RTC su questo supercap?

Come dice David, i supercap perdono la loro carica in una certa misura, il che è principalmente un problema per periodi di tempo più lunghi. Facciamo i calcoli richiesti ignorando la perdita.
La caduta di tensione attraverso un condensatore a una corrente costante è data da

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

o riordinando per tempo:

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

$V_{BAT}$ è in genere 3 V, ma per il supercap dato è massimo 2,6 V. Il minimo per RTC è 2 V, quindi la caduta di tensione consentita è 0,6 V. Compilando gli altri numeri questo dà

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

che non è molto lungo, ma poi hai anche scelto un supercap piuttosto piccolo. Un limite di 1F / 3V aumenterebbe il tempo a 23 giorni, ma lì dovremmo prendere in considerazione la perdita del tappo, quindi in pratica questo potrebbe durare da una settimana a due settimane.

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Basta scegliere il giusto RTC e supercap per migliorare notevolmente la longevità. Il PCF2123 RTC può funzionare fino a 1,1 V e un supercap PAS311HR non solo ha una capacità superiore di 30 mF, ma può anche funzionare a 3,3 V. Quindi l'equazione diventa

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

o poco meno di una settimana. Un limite da 1F / 3,3 V sarebbe buono per 7 mesi, o probabilmente da 2 a 3 mesi tenendo conto dell'autoscarica.

In pratica, è difficile stimare per quanto tempo il RTC durerà sul tappo. Il problema è che i supercap hanno spesso una corrente di dispersione elevata, spesso superiore allo stesso RTC. Noterai che la scheda tecnica Panasonic non menziona nemmeno la corrente di dispersione e le loro applicazioni consigliate non richiedono il backup RTC per più di una settimana o mese.

Non sono riuscito a trovare alcun supercaps che effettivamente elenchi queste specifiche. Il migliore che potessi trovare fu un cappuccio NEC-Tokin che diceva dopo 24 ore un tappo da 5 v auto-scaricato a non meno di 4,2 volt con il quale rimase scollegato.

Una volta ho usato un supercap 5v, 5 farad su un RTC (ho dimenticato il chip, e questo era 10 anni fa), e il tempo di backup era di circa 7 o 8 mesi. Questo è stato significativamente inferiore a quello che ho calcolato usando solo le specifiche di assorbimento di corrente massima dal chip RTC e il valore di capacità del cappuccio. Se mi sono ricordato correttamente, ho calcolato qualcosa come 1,5 a 2,0 anni.

Vecchia domanda, ma un'altra intuizione che vorrei condividere

Suppongo che le persone vorranno caricare il supercap quando è attiva la normale alimentazione e questo porterà i diodi al curcuit, (vedi immagine) riducendo l'energia immagazzinata efficace che il tuo RTC può utilizzare, perdendo una quantità significativa che nessuno ha menzionato finora.

L'ho trovato su particle.io Dicono anche che STM micro non tollera la corrente di ritorno dall'ingresso VBAT quando: inizi a caricare il tappo che è inferiore a Vin-0.6V. Anche la maggior parte dei RTCC discreti è così, quindi hai bisogno di D2. Il motivo D1 è abbastanza ovvio, vuoi che solo l'RTCC utilizzi l'energia immagazzinata del supercap.

La scelta di Schottkys sarà un compromesso (ancora una volta). Più bassa è la tensione diretta scelta, molto probabilmente maggiore sarà la corrente di dispersione inversa. Ad esempio un BAS-40 (è possibile trovare due configurazioni in serie nel SOT-23, con postfix "S") avrà una caduta di tensione di 0,4 V se si carica il cappuccio con 10 mA a 25 ° C (vedere la scheda tecnica ) E si perde sulla ordine di 0,1 uA a temperature normali. Se scegli un altro schottky, la perdita può facilmente essere diecimila volte superiore. Ciò può essere spiegato il valore misurato da Kasi nella risposta precedente.

Stiamo usando Supercapacitor nel nostro prodotto per il backup RTC. La corrente di dispersione del supercondensatore è quasi 1uA. Non può supportare un RTC nemmeno per un solo giorno. Solo per un massimo di 12-15 ore. Ma può essere addebitato meno di 5 ore. Questo è uno dei vantaggi.