Uso de supercondensador como respaldo para MCU

Tengo este proyecto que requiere algún tipo de fuente de alimentación de respaldo. y planeo usar una súper gorra 5V 4F.

Estas son mis preguntas:

Estoy planeando cargar la tapa con un diodo y una resistencia de 100 ohmios a un VCC de 5V (¿Buena idea?). ¿Cómo puedo conectar la tapa a la MCU? la conexión directa no funcionará porque la tapa tardará un tiempo en cargarse.
Normalmente, el circuito consumirá 20 mA, en modo apagado, usará aproximadamente 200 uA, ¿cuánto tiempo durará este límite de 4F?

microcontroller power supercapacitor

— Atmega 328
fuente

+1 para el nombre de usuario (y también la pregunta interesante).

— Arquitecto eléctrico

He construido estos circuitos antes. El supercap está diseñado solo para copias de seguridad. A 200 uA durará unos días como máximo, dependiendo del voltaje de caída de la MPU. La MPU necesitará usar un pin para controlar cuál es la fuente de energía, o usar 2 diodos de baja fuga. Uno para la alimentación principal, el otro para cargar la súper gorra. Un mosfet de canal P accionado por un pin OC proporcionaría potencia total a MPU cuando se active. Supongo que la MPU deja de funcionar a 2 a 3 voltios. Proporcione más detalles de MPU.

— Sparky256

jaja, literalmente, un ATMEGA 328 sólo pedir casualmente para el consejo de proyecto para su uso como su propia energía de reserva

— KyranF

Si no está atado a esa CPU específica y necesita una vida útil más prolongada, hay micros que toman menos de 1 uA mientras está dormido.

— Brian Drummond

Esto puede ayudar: ¿ Usar un condensador para mantener el circuito alimentado durante 1 segundo después de desconectar la batería?

— Ayhan

Respuestas:

Suponiendo condiciones ideales, es decir, sin corriente de fuga en el condensador y otras partes del circuito.

Caso 1: su microcontrolador está funcionando y extrayendo 20 mA. Supongamos que su microcontrolador funcionará bien hasta que el voltaje alcance 4V. Sin embargo, para atmega 328, puede hacerlo funcionar a voltajes aún más bajos si elige hacerlo a una frecuencia de reloj más baja.

Asumiendo 20 mA a 5V, su resistencia de carga será de 5V / 0.02A = 250 ohmios

Aquí está la teoría completa en una imagen:

Vo inicial = 5V y Vc final = 4V. Resolver por tiempo da 225 segundos.

Significa que su microcontrolador seguirá funcionando durante otros 225 segundos después de que pierda energía, siempre que el capacitor se haya cargado a 5V.

Caso 2: su microcontrolador está en modo apagado y consume 200 uA.

R = 25000 ohmios.

Resolver por tiempo da 6.25 horas.

Este es el tiempo máximo teórico que está obteniendo. Las cosas no pueden ser mejores que esto a menos que esté planeando ejecutar su controlador a una frecuencia de reloj más baja.

Solo para su referencia, Atmega328 puede funcionar desde 1.8V. Para esto tienes un tiempo entre 17 minutos y 28,33 horas

Estos son valores teóricos. Los valores prácticos serán aún menores debido a fugas en su diodo, condensador y otros elementos del circuito.

— Whiskyjack
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Depende del regulador, pero supondría una carga de corriente constante en ausencia de información mejor.

— Sean Houlihane

Para la conexión de la batería al pin VCC de la MCU, puede usar un diodo dual simple "OR" con diodos de baja caída hacia adelante. Esto significará que a medida que se pierde VCC, la tapa todavía deja de cargarse y la entrada de diodo para VCC caerá, pero la entrada de diodo para Cap-> MCU's VCC continuará hasta que la curva de descarga mostrada por Whiskeyjack alcance un punto crítico donde el Atmega sea marrón se inicia el circuito de detección y se apaga. Es posible que desee verificar los fusibles de configuración para el voltaje de detección de caída de voltaje, por cierto, es bastante importante.

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Nota: Los números de parte para los diodos son solo valores predeterminados en el circuito del fabricante. Encuentre algunos diodos de caída directa de 300-400mV.

— KyranF
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Casi el mismo circuito en el que estaba pensando. Los diodos Schottky tendrán menos Vdrop, pero tienden a tener una corriente de fuga alta. Este puede ser un punto discutible con un consumo de corriente inactivo de 200uA para la MPU. El tiempo de inactividad máximo antes del apagado parece ser de 1 día o menos.

— Sparky256

Para construir su circuito, sugeriría usar un IC de cargador de supercondensador. LTC hace excelentes productos, y algo similar al LTC4425 le serviría bien. Esto hará un gran trabajo de gestión de supercondensadores.

Además, 20 mA es un consumo de corriente razonablemente alto de un supercondensador, por lo que debe tener cuidado con la ESR o resistencia equivalente de la serie. Todos los condensadores reales tienen una resistencia parásita dentro de ellos que se modela en el circuito como en serie. A 30 ohmios y 20 mA, verá una caída de 0.6V, lo cual es un desperdicio. Asegúrese de encontrar algo en el rango de 30mohm.

— Brian Dohler
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