Leistungsmikrocontroller vom Superkondensator

9

Ich habe eine uC, die mit 1,8V bis 3,3V funktioniert. Die Stromaufnahme liegt im Schlafmodus bei etwa 20 uA und im aktiven Zustand bei etwa 12 mA. Der uC wechselt jede Minute für ca. 100 ms in den aktiven Zustand.

Ich versuche also, dies mit einer Vishay-Superkappe zu betreiben: 15F bei 2,8 Volt mit einem ESR von 1,2O bei 1 kHz.

Math sagt, ich kann ungefähr 4,10 mA aus dieser Kappe ziehen, bevor die Spannung auf 1,8 Volt abfällt. An diesem Punkt schaltet sich das Mikro aus.

Also .. die Frage: Vermisse ich etwas? Sollte ich ein kleines Elektrolyt zwischen der Superkappe und dem Mikro hinzufügen? Ein kleiner Zener zur Begrenzung eventueller (möglicher?) Spannungsspitzen? Sollte ich einen Buck-Boost-Wandler hinzufügen, um etwas mehr aus dem Kondensator herauszuholen?

Auch .. wenn ich die Brownout-Erkennung auf dem Mikrocontroller deaktiviere, kann ich vielleicht etwa 10% mehr Ladung aus dem Kondensator ziehen? Ich kann eine Fehlerprüfung implementieren, falls die Mikroausgänge Kauderwelsch sind, was normalerweise in Niederspannungsszenarien mit deaktivierter Brownout-Erkennung auftritt.

microcontroller power-supply capacitor Nick M.
quelle
2
Wenn das Mikro Ausgänge durch Niederspannung Kauderwelsch, dann ist jede Fehlerkorrektur , die ausgeführt wird auf diesem Mikro ist auch gibberish.
AaronD
Warum sollte man Fehlerprüfcode auf demselben Mikro ausführen wollen, das die Fehler erzeugen könnte? Die Daten werden beim Herunterladen auf Fehler überprüft. (Entschuldigung, wenn ich in meinem ursprünglichen Beitrag nicht klar war)
Nick M
1
Würde eine Last von 4,1 mA über einen ESR von 1,2 Ohm nicht einen Spannungsabfall von ~ 5 Millivolt erzeugen? (0,0049 V = 0,0041 A * 1,2 Ohm)
Sam,
2
Oh, es ist ein Datenlogger. Angenommen, Sie sind mit dem Speichern von Kauderwelsch einverstanden, stellt sich immer noch die Frage, ob Ihre Adressierung korrekt ist. In einem Niederspannungsszenario kann buchstäblich alles Kauderwelsch sein: die zu speichernden Daten, die Adresse, in der sie gespeichert werden sollen, der Programmzähler, sogar die Anweisungen selbst. (Das Programm ist noch in Ordnung gespeichert, könnte aber abgerufen oder falsch ausgeführt werden)
AaronD
1
Besonders gefährlich ist es, wenn Sie für Programm und Daten denselben Speicher verwenden. Wenn Sie kein separates EEPROM haben, egal ob auf dem Chip oder außerhalb des Chips, stecken Sie ziemlich fest. Was passiert nun, wenn die Schreibadresse zu Kauderwelsch wird?
AaronD

Antworten:

7

Nach Ihren Parametern würde sich Ihre Superkappe in 1848 Sekunden auf 1,8 V bei einem konstanten Stromverbrauch von 12 mA entladen.

Bt(seconds)=C(Vcapmax−Vcapmin)/Imax

Wenn es nur 100 ms pro Minute aktiv ist, hat es einen Arbeitszyklus von:

100ms/60000ms=0.0016667

Es würde ~ 1,1 Millionen Minuten oder ungefähr zwei Jahre dauern. Dies schließt jedoch das Ziehen im Schlafmodus aus. Interessanterweise entspricht Ihr Gesamtstromverbrauch im aktiven Modus bei 20 uA ungefähr Ihrem gesamten Stromverbrauch im Schlafmodus, sodass wir leicht abschätzen können, dass Ihr Gerät einschließlich des Schlafmodus (der 99,84443% der Gesamtzeit ausmacht) lange hält für etwa ein Jahr von voll auf 1,8V aufgeladen. Sie können dies erheblich erweitern, indem Sie einen hocheffizienten Buck-Boost hinzufügen, vorausgesetzt, Sie fügen nicht zu viele Verluste hinzu. Einige moderne Aufwärtswandler können 1,8 V aus nur 0,25 V in liefern.

Betrunkener Code-Affe
quelle
Die andere Frage ist nun: Wie viel interne Leckage hat die Superkappe? Es könnte vernachlässigbar sein oder das System dominieren.
AaronD
Lesen Sie die technischen Datenblätter. Die Leckage ist einige Stunden oder Tage lang hoch, fällt jedoch zu diesem Zeitpunkt auf ein vernachlässigbares Maß ab. Es braucht nur Zeit, um seinen Elektrolyten zu konditionieren, dann kann es losgehen.
Sparky256
2
Gutes Denken über die Leckage des Kondensators. Beachten Sie auch die Leckagen, Passive usw. Ihres Eingangsstifts auf Ihrer Platine. 20µA ist eine kleine Menge, daher kann sich alles erheblich zu dieser Zahl summieren. Ich würde eine einfache Lithium-Primärbatterie (nicht die wiederaufladbare) anstelle der Superkappe in Betracht ziehen. Sie behalten ihre Ladung über Jahre und sind sehr kostengünstig. Sie geben Ihnen 3,6 V, aber vielleicht können Sie das herausfinden.
Guillermo Prandi
5

Die Antwort von Drunken ist richtig, aber es fehlt eine wichtige Sache. Sie müssen den Supercap-ESR berücksichtigen. Bei Superkappen liegen sie häufig im Bereich von 100 Ohm, was bei aktiver MCU zu einem Spannungsabfall von mehr als 1 V führen und zum Abschalten führen würde.

Daher müssen Sie eine reguläre Kappe mit niedrigem ESR parallel haben, die die Spannung während der 100 ms Aktivität halten kann. Etwas wie 1000 uF Elektrolyt wäre sicherlich angemessen.

Überprüfen Sie auch die Leckage der Kappen. Sowohl die Superkappe als auch die Parallelelektrolyse. Dieser Strom könnte im Vergleich zum Standby-MCU-Strom erheblich sein. Sie werden jedoch selten in Datenblättern erwähnt. Möglicherweise müssen Sie testen.

trübe verlorenes Vertrauen in SE
quelle
Dieser hat ESR 1.2O bei 1kHz
Nick M
1
Das ist eine verdammt gute Kappe. In diesem Fall benötigen Sie keine so große zusätzliche Kappe parallel. Setzen Sie einfach 10u Keramik ein, um einen Spannungsabfall aufgrund der kurzen Stromspitzen zu vermeiden, und natürlich die üblichen 100n in der Nähe der MCU.
schwächer verlorenes Vertrauen in SE
1
Wenn Sie einen Buck-Boost hinzufügen, sollten die in seinem Datenblatt erforderlichen Obergrenzen ausreichen. Wenn Sie einen linearen Low-Dropout-Regler verwenden, sollten die typischen 10uF-Kappen in seinem Referenzdesign ausreichen. Sie müssen vorsichtig sein, welche Obergrenzen Sie wählen und wie viele Sie hinzufügen. Ihr ESR trägt zu Ihren gesamten Systemverlusten bei. Gleiches gilt für Pull-up-Widerstände oder Transistoren.
Betrunkener Code-Affe
3
Was @Drunken gesagt hat. Übrigens, Sie sagen erstaunlich relevante Dinge für einen betrunkenen Affen. Ich bin nicht halb so schlau, wenn ich betrunken bin, und ich bin nicht einmal ein Affe ... Wie auch immer, trinkt überall! Äh ... rundum Upvotes!
schwächer verlorenes Vertrauen in SE
1
PS-Keramik schlägt Elektros an jedem Tag der Woche mit Leckströmen - dies ist eine großartige Anwendung, um große X5R- oder X7R-Chipkeramiken (bis zu 100 + μF!) Zu nutzen
ThreePhaseEel