RTC supercap-powered?

Estou projetando uma placa de teste de microcontrolador baseada em ATmega. Um dos recursos que quero incluir é um relógio em tempo real com um IC Maxim DS1307 . Em vez de incluir um backup tradicional de bateria de célula tipo moeda, quero usar um supercapacitor realmente pequeno.

O consumo de energia do DS1307 é tipicamente em torno de 500nA no modo de backup. A Panasonic faz uma supercap 0.015F 2.6v realmente pequena que parece que funcionaria. Como posso estimar quanto tempo o RTC será executado nessa supercapacidade?

Como David diz, as supercaps vazam sua carga até certo ponto, o que é principalmente um problema por períodos mais longos. Vamos fazer os cálculos necessários ignorando o vazamento.
A queda de tensão através de um capacitor a uma corrente constante é dada por

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

ou reorganizando por tempo:

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

é tipicamente 3V, mas para o ASSESSUPLAN dado é máxima 2.6V. O mínimo para o RTC é 2V, portanto a queda de tensão permitida é 0,6V. Preenchendo os outros números, isso fornece $V_{BAT}$

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

que não é muito longo, mas você também escolheu uma supercap pequena. Um limite de 1F / 3V aumentaria seu tempo para 23 dias, mas teríamos que levar em conta o vazamento do limite, portanto, na prática, isso pode levar de uma semana a quinzena.

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Basta escolher o RTC e a supercap adequados para melhorar significativamente a longevidade. O PCF2123 RTC pode operar até 1,1 V e uma supercap PAS311HR não apenas possui uma capacitância mais alta de 30 mF, mas também pode operar a 3,3 V. Então a equação se torna

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

ou pouco menos de uma semana. Um limite de 1F / 3,3V seria bom por 7 meses, ou provavelmente 2 a 3 meses, levando em consideração a auto-descarga.

Na prática, é difícil estimar quanto tempo o RTC funcionará no limite. O problema é que as supercaps costumam ter alta corrente de fuga, geralmente mais alta que o próprio RTC. Você notará que a folha de dados da Panasonic nem menciona a corrente de fuga e seus aplicativos recomendados não precisam de backup do RTC por mais de uma semana ou mês.

Não consegui encontrar supercaps que realmente listem essas especificações. O melhor que pude encontrar foi um boné NEC-Tokin que dizia que, após 24 horas, um boné de 5V se descarregava a menos de 4,2 volts, deixando-o desconectado.

Uma vez eu usei uma supercap 5v, 5 farad em um RTC (eu esqueci o chip, e isso foi há 10 anos), e o tempo de backup foi de 7 ou 8 meses. Isso foi significativamente menor do que eu calculei usando apenas a especificação de consumo máximo de corrente do chip RTC e o valor da capacitância do tampão. Se me lembrei corretamente, calculei algo entre 1,5 e 2,0 anos.

Pergunta antiga, mas gostaria de compartilhar outro insight

Suponho que as pessoas vão querer carregar a supercap quando a fonte de alimentação normal estiver ligada, e isso trará diodos para o curcuit (veja a imagem), reduzindo a energia armazenada efetiva que seu RTC pode usar, vazando uma quantidade significativa que ninguém mencionou até agora aqui.

Encontrei-o no particle.io. Eles também mencionam que o STM micro não tolera a corrente de retorno da entrada VBAT quando: você começa a carregar a tampa abaixo de Vin-0,6V. A maioria dos RTCCs discretos também é assim, é assim que você precisa do D2. O motivo D1 é bastante óbvio, você deseja que apenas o RTCC use a energia armazenada da supercap.

Escolher Schottkys será uma troca (mais uma vez). Quanto menor a tensão de avanço que você escolher, provavelmente maior será a corrente de fuga reversa. Por exemplo, um BAS-40 (você pode encontrar duas configurações em série no SOT-23, com o postfix "S") terá queda de tensão de 0,4V se você carregar a tampa com 10mA a 25C (consulte a folha de dados ), E vazará no ordem de 0,1 uA a temperaturas normais. Se você escolher outro schottky, o vazamento pode ser facilmente cem vezes maior. Isso pode explicar o valor que Kasi mediu na resposta anterior.

Estamos usando supercapacitores em nosso produto para backup RTC. A corrente de fuga do supercapacitor é quase 1uA. Ele não suporta um RTC nem por um único dia. Máximo de 12 a 15 horas apenas. Mas pode ser cobrado em menos de 5 horas. Essa é uma das vantagens.