应用笔记:估算涓流充电实时时钟的超级电容备份时间(转)
摘要:Maxim实时时钟(RTC)系列产品包含了几款带涓流充电器的器件,涓流充电器可以为第二个备份电池或电容充电。电池或电容用来在VCC掉电时维持时钟工作。储存在电容内的能量需要维持时钟工作一定的时间,具体取决于几个因素。本应用笔记讨论了如何根据电容尺寸计算备份时间。充电电路
图1给出了典型的涓流充电器电路,规定涓流充电器寄存器的高四位用于使能涓流充电器,低四位用于选择二极管压差和限流电阻。下图中,可以在充电通路插入二极管,也可以不使用二极管,可选择的电阻值为250Ω、2kΩ或4kΩ。有些器件提供了不同的二极管和电阻配置(详细情况请参考相关器件的数据资料)。电容连接在VBACKUP与地之间(图2)。
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图1. 典型涓流充电电路(原文件名:1.gif)
图1. 典型涓流充电电路
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图2. 典型电路 (原文件名:2.gif)
图2. 典型电路
用户根据所需要的最大充电电流选择二极管和电阻,需要时可与电容制造商联系,了解电容器的充电限制。
计算充电电流
最大充电电流可按以下方法计算:假设3.3V的系统电源加在VCC上,涓流充电器已经使能,没有使用二极管、选择了2kΩ电阻。当电容电压为零时可以计算出最大充电电流:
IMAX = (VCC - 二极管压差)/R2
= (3.3V-0V)/R2
≈ (3.3V-0V)/2kΩ
≈ 1.65mA
随着VBACKUP电压的升高,充电电流逐渐减小。
计算备份时间
下面,我们需要计算所需要的电容值。给定所要求的备份时间,我们还需要了解其他几个参数:电容的起始电压和最终电压、从电容吸取的电流以及电容值。
假设工作在VBACKUP时,RTC消耗固定的电流,可利用下式计算出最差工作条件下的备份时间,用小时表示:
C(VBACKUPSTART - VBACKUPMIN)/IBACKUPMAX/3600
式中,C是电容值,单位为法拉。
VBACKUPSTART是初始电压,单位为伏特。作用在VCC上的电压, 去掉二极管的压降,用于充电电路。
VBACKUPMIN是最终电压,单位为伏特(振荡器的最低工作电压)。
IBACKUPMAX是数据资料中给出的最大VBACKUP电流,单位为安培。
如果:C = 0.2F、VBACKUPSTART = 3.3V、VBACKUPMIN = 1.3V、IBACKUPMAX = 1000nA, 则:
小时 = 0.2(3.3-1.3)/(1e-6)/3600 = 0.2(2.0)(1e-6)/3600 = 111.1
如果我们需要了解典型的备份时间,应该用IBACKUP典型值替代IBACKUP最大值。
因此,如果VBACKUP为3.3V (典型值)、IBACKUP为600nA (典型值), 则:
小时 = 0.2(3.3-1.3)/(600e-9)/3600 = 0.2(2.0)(600e-9)/3600 = 185.2
上述计算假设IBACKUP是固定的,不考虑VBACKUP电压。Dallas/Maxim RTC的振荡器很像一个电阻,所以,备份电流随着备份电压的降低而减小。可以计算出更接近实际情况的备份时间。
按照基础电子学,可由下式确定任意时刻的电容电压(放电电路如下图所示):
V(t) = E(e-τ/RC)
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图3. 放电电路(原文件名:3.gif)
图3. 放电电路
其中,τ为时间,单位为秒
E为初始电压,单位为伏特
V为最终电压,单位为伏特
R为负载电阻,单位为欧姆
C为电容值,单位为法拉
整理上式,可以解得t:
-ln(V/E)(RC) = t
从RTC数据资料, 我们可以查到振荡器的最小工作电压以及最大VBACKUP电流(IBACKUP)。为了估算负载电阻,R, 我们用数据资料中的最大VBACKUP除以最大IBACKUP (因为最大电流发生在最大输入电压情况下)。本例中,VBACKUP最大值为3.7V,IBACKUP最大值为1000nA, 结果为3.7/1e-6或3,700,000欧姆。假设电容值为0.2F,已充电到3.3V, IBACKUP最大电流为1000nA, 振荡器最低工作电压为1.3V, 备份时间计算如下:
-ln(VBACKUPMIN/VBACKUPMAX)(VBACKUPMAX/IBACKUPMAX) =
-ln(1.3/3.3)(3,700,000*0.2) =
689,353秒或191.5小时
改变电容值C,可以确定备份电容供电时的运行时间。
这些计算可利用网站上的计算器完成。
超级电容计算器可以实现上述三个公式的计算。 从美信公司网站上找到的,以前一直对这个充电不了解,为什么要选二极管和电阻,(菜呀,还曾经充爆了一个电容./emotion/em151.gif,后来这个充电功能就一直没敢用过)现在充电再次用上了,我用的是3.6V的电池,电源是5V的(用DS1302做的一个时钟),这回知道选了两个二极管充电,二个二极管的压降是1.4V,5V一减就刚好对上.用了一个多月了,一直没有坏过. DS1302工作在电源电压3.3V时,怎么选择后备电池呢
好像DS1302在使能充电功能时,必须选择一个二极管,电阻倒是可以禁止掉,搞不懂到底需要选择多少V的电池 mark 选的二极管和电阻是芯片内集成的不用外接直接设置相应的寄存器来选择充电的电流即可 回复【楼主位】r051463438 笨小孩
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楼主计算的十分详细。请问电容的漏电流是不是应该考虑进去??? mark Mark下,以后有需要了再来看,感谢!
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