我正在设计一个基于 ATmega 的微控制器测试板。我想要包含的功能之一是带有Maxim DS1307 IC的实时时钟。然而,我不想使用传统的纽扣电池备用电池,而是想使用一个非常小的超级电容器。
DS1307 在备份模式下的功耗通常约为 500nA。松下制造了一个非常小的 0.015F 2.6v 超级电容,看起来它可以工作。我如何估计 RTC 将在这个超级电容上运行多长时间?
我正在设计一个基于 ATmega 的微控制器测试板。我想要包含的功能之一是带有Maxim DS1307 IC的实时时钟。然而,我不想使用传统的纽扣电池备用电池,而是想使用一个非常小的超级电容器。
DS1307 在备份模式下的功耗通常约为 500nA。松下制造了一个非常小的 0.015F 2.6v 超级电容,看起来它可以工作。我如何估计 RTC 将在这个超级电容上运行多长时间?
就像大卫说的那样,超级电容在一定程度上会泄漏电荷,这主要是长期存在的问题。让我们在忽略泄漏的情况下进行所需的计算。
恒定电流下电容器两端的电压降由下式给出
\$ \Delta V = \dfrac{I \cdot \Delta T}{C} \$
或重新安排时间:
\$ \Delta T = \dfrac{C \cdot \Delta V}{I} \$
\$V_{BAT}\$ 通常为 3V,但对于给定的超级电容,最大为 2.6V。RTC 的最小值为 2V,因此允许的电压降为 0.6V。填写其他数字,这给出
\$ \Delta T = \dfrac{0.015F \cdot 0.6V}{500 nA} = 18000 s = \mbox {5 小时} \$
这不是很长,但是您还选择了一个相当小的超级电容。1F/3V 电容会将您的时间增加到 23 天,但我们必须考虑到电容的泄漏,因此实际上这可能需要一周到两周左右。
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只需选择正确的 RTC 和超级电容将显着提高寿命。PCF2123 RTC 可以在低至 1.1 V 的电压下工作,而PAS311HR超级电容器不仅具有 30 mF 的更高电容,而且还可以在 3.3 V 下工作。那么等式变为
\$ \Delta T = \dfrac{0.030F \cdot 2.2V}{110 nA} = 18000 s = \mbox {167 小时} \$
或者只有不到一周的时间。一个 1F/3.3V 的电容可以使用 7 个月,或者考虑到自放电可能需要 2 到 3 个月。
在实践中,很难估计 RTC 将在上限上运行多长时间。问题是超级电容器通常具有高泄漏电流,通常高于 RTC 本身。您会注意到 Panasonic 的数据表甚至没有提到漏电流,而且他们推荐的应用不需要超过一周或一个月的 RTC 备份。
我找不到任何实际列出此规范的超级电容。我能找到的最好的是一个 NEC-Tokin 帽,它说 24 小时后一个 5v 帽自放电到不低于 4.2 伏,而它没有连接。
我曾经在 RTC 上使用过 5v、5 法拉的超级电容(我忘了芯片,这是 10 年前的事了),备份时间大约是 7 或 8 个月。这明显低于我仅使用 RTC 芯片的最大电流消耗规格和电容值计算得出的值。如果我没记错的话,我计算了大约 1.5 到 2.0 年。
老问题,但我想分享另一个见解
我假设人们会在正常电源打开时为超级电容器充电,这会将二极管带到电路中,(见图)减少 RTC 可以使用的有效存储能量,泄漏大量到目前为止没有人提到的。
我在particle.io上找到了它,他们还提到STM micro不允许在以下情况下从VBAT输入吸收电流:您开始为低于Vin-0.6V的电容充电。大多数离散 RTCC 也是如此,这就是您需要 D2 的方式。原因 D1 很明显,您只希望 RTCC 使用超级电容器的存储能量。
选择肖特基将是一个权衡(再次)。您选择的正向电压越低,反向漏电流很可能就越高。例如,BAS-40(您可以在 SOT-23 中找到两个串联配置,带有“S”后缀)如果您在 25C 下以 10mA 为电容充电(请参阅数据表),则会有 0.4V 的压降,并且会在在常温下约为 0.1 uA。如果你选择另一个肖特基,泄漏很容易高出十百倍。这可以解释上一个答案中测量的Kasi值。
我们在产品中使用超级电容器作为备用 RTC。超级电容器的漏电流几乎为 1uA。它甚至不能支持一天的 RTC。最多仅 12-15 小时。但它可以充电不到 5 小时。这是优势之一。