使用超级电容器作为 MCU 的备份

电器工程 微控制器 力量 超级电容器
2022-01-11 23:46:38

我有这个项目需要某种备用电源。我打算使用 5V 4F 超级电容。

我的问题是:

  1. 我打算用一个二极管和 100 欧姆电阻将电容充电到 5V VCC(好主意?)。如何将帽子连接到 MCU。直接连接将不起作用,因为上限需要一些时间才能充电。

  2. 一般电路会消耗20mA,在关机模式下,它会消耗大约200uA,这个4F电容能持续多久?

在此处输入图像描述

3个回答

假设条件理想,即电容器和电路的其他部分没有泄漏电流。

案例 1:您的微控制器正在运行并消耗 20 mA。假设您的微控制器可以正常工作,直到电压达到 4V。但是对于 atmega 328,如果您选择以较低的时钟频率运行它,则可以使其在更低的电压下运行。

假设 5V 时 20 mA,您的负载电阻将为 5V/0.02A = 250 ohms

这是一张图片中的完整理论:

盖帽排放

初始 Vo = 5V,最终 Vc = 4V。求解时间需要 225 秒。

这意味着,如果电容器被充电至 5V,您的微控制器将在断电后继续运行 225 秒。

案例 2:您的微控制器处于断电模式,消耗 200 uA。

R = 25000 欧姆。

求解时间为 6.25 小时。

这是您获得的理论上的最大时间。除非您计划以较低的时钟频率运行控制器,否则事情不会比这更好。

仅供参考,Atmega328 可以从 1.8V 运行。为此,您将获得 17 分钟到 28.33 小时之间的时间

这些是理论值。由于二极管、电容器本身和其他电路元件的泄漏,实际值会更小。

为了将电池连接到 MCU 的 VCC 引脚,您可以使用带有低正向压降二极管的简单双二极管“或”。这意味着当 VCC 丢失时,电容仍然停止充电,并且 VCC 的二极管输入会下降,但 Cap-> MCU 的 VCC 的二极管输入将继续打开,直到 Whiskeyjack 显示的放电曲线达到 Atmega 棕色的临界点-out 检测电路启动并关闭。顺便说一句,您可能需要检查设置保险丝的掉电检测电压,这非常重要。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

注意:二极管的零件号只是电路制造商的默认值。找一些 300-400mV 的正向压降二极管。

要构建您的电路,我建议使用超级电容器充电器 IC。LTC 生产出色的产品,类似于 LTC4425 的产品会很好地为您服务。这将在超级电容器管理方面做得很好。

此外,超级电容器的 20mA 电流消耗相当高,因此您必须注意 ESR 或等效串联电阻。所有真正的电容器内部都有一个寄生电阻,它被模拟成串联的电路。在 30 ohms 和 20 mA 时,您会看到 0.6V 的压降,这是相当浪费的。一定要找到 30mohm 范围内的东西。