Usando supercapacitor como backup para MCU

Eu tenho esse projeto que requer algum tipo de fonte de alimentação de backup. e estou planejando usar um supercap 5V 4F.

aqui estão as minhas perguntas:

1. Estou planejando carregar a tampa com um diodo e um resistor de 100 ohm em um VCC de 5V (boa ideia?). como posso conectar a tampa ao MCU. a conexão direta não funcionará porque levará algum tempo para a tampa carregar.

2. Normalmente, o circuito consome 20mA, no modo desligado, usa cerca de 200uA, quanto tempo durará essa tampa de 4F?

Assumindo condições ideais, isto é, sem vazamento de corrente no capacitor e em outras partes do circuito.

Caso 1: Seu micro controlador está funcionando e consumindo 20 mA. Vamos supor que seu micro controlador funcione bem até que a tensão atinja 4V. No entanto, para o atmega 328, você pode executá-lo em tensões ainda mais baixas se optar por executá-lo em uma freqüência de clock mais baixa.

Assumindo 20 mA a 5V, sua resistência à carga será de 5V / 0,02A = 250 ohms

Aqui está a teoria completa em uma imagem:

Vo inicial = 5V e Vc final = 4V. Resolver por tempo dá 225 segundos.

Isso significa que seu microcontrolador continuará funcionando por mais 225 segundos após a perda de energia, desde que o capacitor tenha sido carregado em 5V.

Caso 2: O microcontrolador está no modo desligado, consumindo 200 uA.

R = 25000 ohms.

Resolver por tempo dá 6,25 horas.

Este é o tempo máximo teórico que você está recebendo. As coisas não podem ficar melhores que isso, a menos que você esteja planejando executar o controlador com uma frequência de clock mais baixa.

Apenas para sua referência, o Atmega328 pode ser executado a partir de 1.8V. Para isso, você tem um tempo entre 17 minutos e 28,33 horas

Estes são valores teóricos. Os valores práticos serão ainda menores devido a vazamentos no diodo, no próprio capacitor e em outros elementos do circuito.

Para a conexão da bateria ao pino VCC do MCU, você pode usar um simples diodo duplo "OR" com diodos drop down avançados. Isso significa que, com a perda do VCC, a tampa ainda para de carregar e a entrada de diodo do VCC cairá, mas a entrada de diodo do VCC do Cap-> MCU continuará até que a curva de descarga mostrada por Whiskeyjack atinja um ponto crítico em que o Atmega está marrom. O circuito de detecção de saída entra em ação e desliga. A propósito, você pode verificar os fusíveis de suas configurações quanto à tensão de detecção de queda de energia, é muito importante.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Nota: Os números de peça para os diodos são apenas valores padrão na coisa do fabricante do circuito. Encontre alguns diodos de queda direta de 300-400mV.

Para construir seu circuito, sugiro o uso de um IC de carregador de super capacitor. O LTC produz ótimos produtos, e algo semelhante ao LTC4425 seria útil para você. Isso fará um ótimo trabalho de gerenciamento de super capacitor.

Além disso, 20mA é um consumo de corrente razoavelmente alto de um super capacitor, então você deve prestar atenção à ESR, ou resistência equivalente em série. Todos os capacitores reais têm uma resistência parasitária dentro deles, que é modelada no circuito como em série. A 30 ohms e 20 mA, você verá uma queda de 0,6V, o que é um desperdício. Certifique-se de encontrar algo na faixa de 30mohm.