Como é possível um relógio de pulso com 10 anos de duração da bateria?

Acontece que a Casio oferece um punhado de relógios de pulso com "10 anos de duração da bateria" . A alegação é que, graças a "uma tecnologia avançada", a vida útil da bateria nesses relógios é estendida para dez anos.

Agora, se você olhar para modelos diferentes, verá que eles são bastante complicados e, portanto, provavelmente consomem energia - por exemplo, o modelo AW-80-1AV possui um visor de cristal líquido e mãos, além de iluminação LED e alarme sonoro.

Primeiro pensei que talvez a bateria seja a chave. O modelo AW-80-1AV é executado no CR2025. A folha de dados do Energizer CR2025 especifica que esta bateria possui tensão de saída nominal de 3 volts e capacidade nominal de 163 mAh, para armazenar 0,489 volts-ampère-hora de energia.

Para comparação, o modelo básico típico da Swatch opera cerca de três anos com a bateria de óxido de prata Renata 390 (SR1130SW), que possui tensão de saída nominal de 1,55 volts e capacidade nominal de 60 mAh e, portanto, armazena 0,093 volts-ampère-hora de energia.

Portanto, o CR2025 armazena cerca de cinco vezes mais energia, mas o modelo básico da Swatch só tem mãos - sem visor digital, sem iluminação, sem alarme, portanto, provavelmente consome menos energia.

Claramente, deve haver algo mais do que uma bateria maior que possibilite 10 anos de duração da bateria.

Como é possível a duração de 10 anos da bateria em um relógio de pulso que consome bastante energia?

10 anos = ~ 87650 horas.
Um dreno de 1 uA exigirá 87,75 mAh em 10 anos.
Com alguma degradação da vida útil, o suficiente para
= 10 mAh / uA / ano ou
= 100 mAh / uA / 10 anos

Assim, a sua bateria de 163 mAh citada fornecerá 1,63 uA médio.
Empurrar tecnologia, tamanho e sorte pode levar você a dizer 5 uA de média.

Existem 86400 segundos / dia. São 1440 minutos / dia.

Você descobrirá que, por exemplo, o uso de alarmes é muito restrito no uso permitido por 10 anos. Se 1 uA do dreno é para uso de alarme, você recebe 24 uA.hr/day ou 86400 uA.seconds ou 86 mA.seconds. Isso é cerca de 240 mW segundos a 3 V. Ou seja, 5 x 50 mW x 1 segundo de explosão / dia.

Um LED pode fornecer ampla iluminação a 1 mA. Use-o 5 vezes / dia x 1 segundo = 5 mA.sec = 5000 uA.sec ou "apenas" 5000/86400 = 0,06 uA de drenagem média. Aumente conforme desejado e permitido.

Você pode executar um tempo mantendo o IC ativado, digamos 1 uA?
Provavelmente sim.

Então, no geral, tudo se encaixa na área de "idealmente possível, se realmente realmente muito inteligente e cuidadoso".
Pode-se esperar que a Casio seja bastante inteligente agora.

Observe que, se qualquer tipo de coleta de energia estiver sendo usado, todas as apostas serão ativadas. A colheita de um uA ou poucos sons factíveis.

EXEMPLO DO MUNDO REAL:

Existem muitos outros.

Em setembro de 2012, o usuário Hli comentou:

Um EFM32, que é um MCU ARM Cortex M3, pode funcionar com cerca de 1,45µA enquanto dirige um LCD (550nA para o LCD e 900nA para executar o RTC e manter sua RAM). Portanto, um chip mantendo apenas o tempo deve ser capaz de rodar com muito menos do que isso

O link que ele forneceu agora está quebrado, então:

A família EFM32 "Gecko" são microcontroladores M0 +, M3, M4 ARm Cortex da Silabs

Pesquisa Silabs EFM32

Wonder Gecko

• Microcontrolador ARM® Cortex®-M4 de 32 bits EFM32 ™ WonderMeck A família de microcontroladores EFM32 ™ Wonder Gecko de 32 bits (MCU) da Silicon Labs inclui 60 dispositivos baseados no núcleo ARM® Cortex®-M4, que fornece um conjunto completo de instruções DSP e inclui uma FPU de hardware para desempenho de computação mais rápido.

  Os MCUs Wonder Gecko apresentam até 256 kB de memória flash, 32 kB de RAM e velocidades de CPU de até 48 MHz. Os MCUs incorporam a tecnologia Gecko altamente diferenciada para minimizar o consumo de energia, incluindo uma variedade flexível de modos de espera e suspensão, periféricos inteligentes que permitem que os designers implementem muitas funções sem ativação da CPU e corrente de espera ultra baixa. Com o menor consumo de energia ativo e em espera, o Wonder Gecko é o MCU Cortex-M4 mais ecológico do mundo.

Outras variantes xxx-Gecko M0 +, M3, M4

Digikey listas de "Gecko" - legião

Menor custo em 100's com LCD EFM32TG822F32-QFP48T $ US2,03 / 100 Digikey

Modo útil de menor consumo de energia com o RTC em execução - EM2 - sono profundo

No EM2, o oscilador de alta frequência está desligado, mas com o oscilador de 32.768 kHz em funcionamento, os periféricos de baixa energia selecionados (LCD, RTC, LETIMER, PCNT, LEUART, I 2C, LESENSE, OPAMP, WDOG e ACMP) ainda estão disponíveis. Isso proporciona um alto grau de operação autônoma com um consumo de corrente tão baixo quanto 1,0 µA com o RTC ativado. Redefinição de inicialização, detecção de queda de energia e retenção total de RAM e CPU também estão incluídas.

EM1 - sono

No EM1, a CPU está inativa e o consumo de energia é de apenas 51 µA / MHz. Todos os periféricos, incluindo DMA, PRS e sistema de memória, ainda estão disponíveis

EM0 - em execução

No EM0, a CPU está executando e consumindo apenas 150 µA / MHz , ao executar o código a partir do flash. Todos os periféricos podem estar ativos.

Portanto, rodar no EM0 por 1 ms / s adiciona 0,15 uA à carga de espera do EM2.

No geral, operar em EM2 a uma média de cerca de 1 uA mais EM0 conforme necessário permitiria que a meta de exemplo de 10 anos / 163 mAh fosse alcançada.

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Captação de energia:

Vibração e movimento podem muito bem ser possíveis fontes de energia.

Um painel solar fotovoltaico / solar de silício parece viável.
Aproximadamente a potência disponível é de 150 Watts / m ^ 2 a 1 sol = 100.000 lux.
Um "painel" de 10 mm x 10 mm com 10 lux nessas classificações forneceria ~ = 150 Watt x (0,01 mx 0,01 m) x 10lux / 100000lux = 15 microWatt.

10 lux é pouco iluminado - no nível em que a cor se torna monocromática. Dim!
Se esse nível de sensibilidade puder ser mantido em níveis tão baixos de luz (como é possível com outras 'químicas'), a alimentação da luz parecerá viável.

Talvez esses relógios usem algum tipo de sistema de coleta de energia para recarregar uma bateria recarregável?

Um relógio de quartzo automático possui um mecanismo de captação de energia que, como um relógio mecânico de corda automática, extrai pequenas quantidades de energia dos movimentos diários da pessoa que o usa.

Um relógio movido a energia solar usa uma pequena célula solar para extrair energia da luz ambiente. (Mesmo a luz interna, muito mais fraca que a luz solar, é adequada para manter o relógio funcionando).

Ouvi dizer que esses relógios normalmente funcionam normalmente por um dia ou mais quando são desligados da energia externa (retirados do pulso, colocados em uma sala escura etc.). Em seguida, eles entram no estado de baixa energia, onde tudo é desligado, exceto o tempo interno - o visor LCD fica em branco, os ponteiros param. O relógio possui uma reserva de energia que pode manter o tempo interno por pelo menos um mês; Um fabricante afirma que possui relógios com uma reserva de energia de 4 anos. Então, quando você a pega e sacode, a bateria começa a carregar e as "mãos giram magicamente para coincidir com a hora atual". ( Um ).

Você está procurando informações detalhadas sobre como é possível criar dispositivos eletrônicos com consumo de energia extremamente baixo? Você pode ler as notas de Jeelabs sobre eletrônicos de baixa potência ( b ). Um JeeNode funciona há mais de 2 anos com uma única carga de bateria (cobrada em 21 de agosto de 2010; ainda em execução e continuando a contar em 15 de setembro de 2012). ( C )

Ou você está procurando técnicas para evitar que a bateria falhe prematuramente? Embora recarregar uma bateria várias vezes ao longo de 10 anos seja "mais fácil" do que tentar fazer com que uma célula primária dure 10 anos, isso não a torna "fácil". Comprei novas baterias recarregáveis ​​para vários dispositivos eletrônicos de consumo quando a bateria recarregável original se esgotou em menos de cinco anos - não apenas esgotada, mas completamente morta. (O que torna isso especialmente frustrante é quando equipamentos de 5 anos de idade usam baterias de alguma forma especial que interromperam a produção anos atrás e agora não estão disponíveis, e eu suspeito que todas as novas e brilhantes baterias de formato estranho também estarão indisponíveis em 5 anos. ) Como impedir que as baterias falhem prematuramente seria uma boa pergunta separada - eu gostaria de saber a resposta.

A chave aqui é que não tem varredura em segunda mão. O ponteiro dos minutos está aumentando apenas uma vez a cada 20 segundos e esse é o único movimento que ocorre nos ponteiros.