Usando supercapacitor como backup para MCU


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Eu tenho esse projeto que requer algum tipo de fonte de alimentação de backup. e estou planejando usar um supercap 5V 4F.

aqui estão as minhas perguntas:

  1. Estou planejando carregar a tampa com um diodo e um resistor de 100 ohm em um VCC de 5V (boa ideia?). como posso conectar a tampa ao MCU. a conexão direta não funcionará porque levará algum tempo para a tampa carregar.

  2. Normalmente, o circuito consome 20mA, no modo desligado, usa cerca de 200uA, quanto tempo durará essa tampa de 4F?

insira a descrição da imagem aqui


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+1 para o nome de usuário (e também a pergunta interessante).
Architect Architect

Eu construí esses circuitos antes. A supercap destina-se apenas ao backup. A 200uA, durará no máximo alguns dias, dependendo da tensão de queda do MPU. A MPU precisará usar um pino para controlar qual é a fonte de energia ou usar 2 diodos de baixo vazamento. Um para alimentação principal e outro para carregar a supercap. Um mosfet do canal P acionado por um pino OC forneceria energia total ao MPU quando ele acordasse. Estou assumindo que o MPU para de funcionar de 2 a 3 volts. Forneça mais detalhes da MPU.
Sparky256

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haha literalmente um ATMEGA 328 apenas pedindo casualmente para o conselho de projeto para uso como seu próprio poder de backup
KyranF

Se você não está vinculado a essa CPU específica e precisa de uma vida útil mais longa, há micros que levam menos de 1 uA enquanto dormem.
Brian Drummond

Respostas:


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Assumindo condições ideais, isto é, sem vazamento de corrente no capacitor e em outras partes do circuito.

Caso 1: Seu micro controlador está funcionando e consumindo 20 mA. Vamos supor que seu micro controlador funcione bem até que a tensão atinja 4V. No entanto, para o atmega 328, você pode executá-lo em tensões ainda mais baixas se optar por executá-lo em uma freqüência de clock mais baixa.

Assumindo 20 mA a 5V, sua resistência à carga será de 5V / 0,02A = 250 ohms

Aqui está a teoria completa em uma imagem:

Descarga da tampa

Vo inicial = 5V e Vc final = 4V. Resolver por tempo dá 225 segundos.

Isso significa que seu microcontrolador continuará funcionando por mais 225 segundos após a perda de energia, desde que o capacitor tenha sido carregado em 5V.

Caso 2: O microcontrolador está no modo desligado, consumindo 200 uA.

R = 25000 ohms.

Resolver por tempo dá 6,25 horas.

Este é o tempo máximo teórico que você está recebendo. As coisas não podem ficar melhores que isso, a menos que você esteja planejando executar o controlador com uma frequência de clock mais baixa.

Apenas para sua referência, o Atmega328 pode ser executado a partir de 1.8V. Para isso, você tem um tempo entre 17 minutos e 28,33 horas

Estes são valores teóricos. Os valores práticos serão ainda menores devido a vazamentos no diodo, no próprio capacitor e em outros elementos do circuito.


Depende do regulador, mas eu assumiria uma carga de corrente constante na ausência de informações melhores.
Sean Houlihane

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Para a conexão da bateria ao pino VCC do MCU, você pode usar um simples diodo duplo "OR" com diodos drop down avançados. Isso significa que, com a perda do VCC, a tampa ainda para de carregar e a entrada de diodo do VCC cairá, mas a entrada de diodo do VCC do Cap-> MCU continuará até que a curva de descarga mostrada por Whiskeyjack atinja um ponto crítico em que o Atmega está marrom. O circuito de detecção de saída entra em ação e desliga. A propósito, você pode verificar os fusíveis de suas configurações quanto à tensão de detecção de queda de energia, é muito importante.

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Nota: Os números de peça para os diodos são apenas valores padrão na coisa do fabricante do circuito. Encontre alguns diodos de queda direta de 300-400mV.


Quase no mesmo circuito em que eu estava pensando. Os diodos Schottky terão menos Vdrop, mas tendem a ter uma corrente de fuga alta. Este pode ser um ponto discutível com um dreno de corrente ociosa de 200uA para a MPU. O tempo ocioso máximo antes do desligamento parece ser de 1 dia ou menos.
Sparky256

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Para construir seu circuito, sugiro o uso de um IC de carregador de super capacitor. O LTC produz ótimos produtos, e algo semelhante ao LTC4425 seria útil para você. Isso fará um ótimo trabalho de gerenciamento de super capacitor.

Além disso, 20mA é um consumo de corrente razoavelmente alto de um super capacitor, então você deve prestar atenção à ESR, ou resistência equivalente em série. Todos os capacitores reais têm uma resistência parasitária dentro deles, que é modelada no circuito como em série. A 30 ohms e 20 mA, você verá uma queda de 0,6V, o que é um desperdício. Certifique-se de encontrar algo na faixa de 30mohm.

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