Microcontrolador de potencia de supercondensador

Tengo un uC que funciona con 1.8V hasta 3.3V. El consumo de corriente es de aproximadamente 20 uA en modo inactivo y aproximadamente 12 mA en estado activo. El uC entrará en estado activo durante aproximadamente 100 ms cada minuto.

Así que estoy tratando de alimentar esto desde un súper cap Vishay: 15F a 2.8 voltios con un ESR de 1.2O a 1kHz.

Math dice que puedo extraer aproximadamente 4,10 mA de este límite antes de que su voltaje caiga a 1,8 voltios, momento en el cual el micro se apagará.

Entonces ... la pregunta: ¿me estoy perdiendo algo? ¿Debo agregar un pequeño electrolítico entre el super cap y el micro? ¿Un pequeño zener para limitar eventuales (¿posibles?) Picos de voltaje? ¿Debo agregar un convertidor buck boost para obtener un poco más del condensador?

Además, si desactivo la detección de caída de voltaje en el microcontrolador, ¿tal vez pueda extraer algo como un 10% más de carga del condensador? Puedo implementar la comprobación de errores en caso de que el micro salga galimatías, lo que generalmente ocurre en escenarios de bajo voltaje con la detección de caída de voltaje deshabilitada.

microcontroller power-supply capacitor

— Nick M
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Si el micro produce galimatías debido a bajo voltaje, entonces cualquier corrección de error que se ejecute en ese micro también es galimatías.

— AaronD

¿Por qué querría ejecutar un código de verificación de errores en el mismo micro que podría estar generando los errores? los datos serán verificados por errores en el momento de la descarga. (lo siento si no estaba claro en mi publicación original)

— Nick M

¿Una carga de 4.1mA en un ESR de 1.2 ohmios no generaría ~ 5 milivoltios de caída de voltaje? (0.0049V = 0.0041A * 1.2Ohms)

— Sam

Oh, es un datalogger. Suponiendo que esté de acuerdo con el almacenamiento de galimatías, todavía queda la cuestión de si su direccionamiento es correcto. Literalmente, cualquier cosa puede ser un galimatías en un escenario de bajo voltaje: los datos que se almacenarán, la dirección para almacenarlos, el contador del programa, incluso las instrucciones mismas. (el programa todavía está almacenado bien, pero podría recuperarse o ejecutarse incorrectamente)

— AaronD

Especialmente peligroso es si usa el mismo almacenamiento para el programa y los datos. Si no tiene una EEPROM separada, ya sea dentro o fuera del chip, está bastante atrapado con eso. Ahora, ¿qué pasa si la dirección de escritura se convierte en galimatías?

— AaronD

Respuestas:

De sus parámetros, su supercap se descargaría en 1848 segundos a 1.8v bajo un consumo constante de 12mA.

si t (s mi C o norte re s) = C (V C una pags metro una X - V C una pags metro yo norte) / / yo metro una X

$Bt(seconds) = C(Vcapmax - Vcapmin) / Imax$

Si solo está activo durante 100 ms por minuto, tiene un ciclo de trabajo de:

100 metro s / / 60000 metro s = 0.0016667

$100ms / 60000ms = 0.0016667%$

Duraría ~ 1.1 millones de minutos, o aproximadamente dos años. Sin embargo, eso excluye el sorteo del modo de suspensión. A 20 uA, es interesante que su consumo total de energía en modo activo sea casi igual al consumo total de energía en modo inactivo, por lo que podemos estimar fácilmente que si se incluye el modo inactivo (que será el 99.84443% del tiempo total), su dispositivo durará durante aproximadamente un año desde completamente cargado a 1.8v. Puede ampliar esto un poco agregando un impulso de alta eficiencia, siempre que no agregue demasiadas pérdidas con él. Algunos convertidores de impulso modernos pueden producir 1.8v desde tan solo 0.25v.

— Mono Código Borracho
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Entonces, la otra pregunta es: ¿cuánta fuga interna tiene el supercap? Puede ser insignificante o puede dominar el sistema.

— AaronD

Lea las hojas de especificaciones. La fuga es alta durante algunas horas o días, pero en ese momento cae a un nivel insignificante. Solo necesita tiempo para acondicionar su electrolito, entonces está listo para comenzar.

— Sparky256

Bien pensado sobre la fuga del condensador. Tenga en cuenta también las fugas, pasivos, etc. de cualquier pin de entrada que pueda tener su placa. 20 µA es una pequeña cantidad, por lo que cualquier cosa puede sumar considerablemente a esa cifra. Consideraría una batería primaria de litio simple (no del tipo recargable) en lugar del supercap; Mantienen su cargo durante años y son muy rentables. Te dan 3.6V pero quizás puedas resolverlo.

— Guillermo Prandi

La respuesta de Drunken es correcta, pero falta una cosa importante. Debes considerar el supercap ESR. Para los supercaps, a menudo están en el rango de 100 ohmios, lo que causaría una caída de voltaje de más de 1V cuando la MCU está activa, haciendo que se apague.

Por lo tanto, debe tener un límite regular con baja ESR en paralelo, que pueda mantener el voltaje durante los 100 ms de actividad. Algo como 1000 uF electrolítico sin duda sería apropiado.

También verifique las fugas de las tapas. Tanto el supercap como el electrolítico paralelo. Esta corriente podría ser significativa, relativamente a la corriente en espera de MCU. Sin embargo, rara vez se mencionan en las hojas de datos. Es posible que deba realizar una prueba.

— oscuro
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Este tiene ESR 1.2O a 1kHz

— Nick M

Eso es un supercap infierno. En este caso, no necesita un límite adicional tan grande en paralelo. Simplemente coloque un poco de cerámica de 10u, para evitar la caída de voltaje debido a los picos de corriente cortos y, por supuesto, los 100n habituales cerca de la MCU.

— tenue

Si agrega un aumento de dinero, las tapas que necesitará en su hoja de especificaciones deberían ser suficientes. Lo mismo si usa un regulador lineal de baja caída, las tapas típicas de 10uF en su diseño de referencia deberían ser suficientes. Debe tener cuidado con los límites que elija y con la cantidad que agregue, su ESR se suma a las pérdidas totales del sistema. Lo mismo ocurre con cualquier resistencia pull-up o cualquier transistor.

— Drunken Code Monkey

Lo que dijo @Drunken. Por cierto, estás diciendo cosas sorprendentemente relevantes para un mono borracho. No soy ni la mitad de listo, cuando estoy borracho, y ni siquiera soy un mono ... De todos modos, ¡bebidas todo el año! Er ... ¡Vota por todos lados!

— tenue

La cerámica PS supera a los electros cualquier día de la semana con corrientes de fuga: esta es una gran aplicación para aprovechar las grandes cerámicas de chip X5R o X7R (¡hasta 100 + μF!)

— ThreePhaseEel