Tải nặng năng lượng xung với một tế bào tiền xu

Các tế bào đồng xu lithium được đánh giá cho mức rút hiện tại khá thấp, theo thứ tự từ 1 đến 5 mA. Ngoài ra, trong khi chúng cho phép các dòng điện xung lớn hơn (nghĩa là các vụ nổ định kỳ), điều này dường như gây bất lợi cho công suất tế bào (và cũng có thể gây ra sự sụt giảm điện áp trong quá trình phát xung).

Tôi đang đưa ra chủ đề này vì hứng thú với khả năng ứng dụng của các tế bào tiền xu cho các trường hợp sử dụng chung (như đèn LED hoặc truyền không dây công suất thấp gần đây), vì vậy tôi không có ý định cụ thể.

Nhưng hãy tưởng tượng hai kịch bản, một chu kỳ nhiệm vụ thấp và một trường hợp đòi hỏi khắt khe hơn:

• Trường hợp A : Tải rút 25 mA trong 25 mili giây cứ sau 2,5 giây.
• Trường hợp B : Tải rút ra 50 mA trong 100 mili giây cứ sau 1 giây.

Tôi quan tâm đến việc phân tích xem một bể chứa dựa trên tụ điện có thể được áp dụng cho (và do đó, liệu nó có khôn ngoan hay không) chạy một trong các trường hợp rút xung phía trên khỏi một tế bào đồng xu.

Lưu ý 1: Trong cả hai trường hợp, tôi đang xem xét một tình huống chung với tế bào Coin -> Bộ điều chỉnh Boost 3.3V -> LOAD [vi điều khiển + đèn LED với điện trở nối tiếp + mô-đun không dây + vv]. Và Cap / Supercap song song với việc cung cấp tải.

Lưu ý 2: Tôi biết rằng người ta có thể sử dụng pin Li-ion / LiPo nhưng chúng có khả năng tự xả cao hơn (cho dù do hóa học hoặc do mạch bảo vệ của chúng), vì vậy chúng có thể không lý tưởng cho, chẳng hạn, không dây logger nhiệt độ mà truyền một lần mỗi giờ.

Các tài liệu liên quan: Các bảng dữ liệu sau đây cho thấy nhiều mẩu thông tin khác nhau, bao gồm các đặc tính phóng xung, điện áp hoạt động so với tải, v.v.:

1. Bảng dữ liệu Energizer CR2032
2. Bảng dữ liệu Panasonic CR2032
3. Bảng dữ liệu Sony CR2032
4. Bảng dữ liệu Maxell CR2032

Ngoài ra, các tài liệu sau đây thảo luận về một số đánh giá thực nghiệm / thảo luận định tính về việc chạy tải hơi lớn (với mức rút cao nhất theo thứ tự hàng chục milliamp) bằng cách sử dụng một tế bào tiền xu:

1. Lưu ý về ứng dụng TI: Các tế bào tiền xu và rút tiền hiện tại

2. Lưu ý về ứng dụng bán dẫn Bắc Âu: Tác động tiêu hao xung cao đến dung lượng pin của đồng xu CR2032

3. Lưu ý về ứng dụng Freescale: Cân nhắc năng lượng thấp cho các ứng dụng ZigBee được vận hành bởi Pin của Coin Cell

4. Lưu ý về ứng dụng Jennic: Sử dụng Coin Cells trong PAN không dây

Việc tính toán rất đơn giản. Kích thước tụ điện chỉ đơn giản là một câu hỏi về việc bạn có thể chịu được điện áp rơi bao nhiêu trong suốt thời gian của xung. Dòng điện trung bình từ pin là một chức năng của chu kỳ nhiệm vụ.

VV = I × t / C

Giải C cho:

C = I × Δt / V

Giả sử bạn có thể cho phép ΔV = 0,1V. Ví dụ đầu tiên của bạn, điều này hoạt động để:

C = 25 mA × 25 ms / 0,1 V = 6,25 mF

Mức vẽ trung bình hiện tại là 25 mA * 25 ms / 2,5 s = 0,25 mA.

Đối với ví dụ thứ hai, các con số tính ra:

C = 50 mA × 100 ms / 0,1 V = 50 mF

Dòng điện trung bình = 50 mA * 100 ms / 1.0 s = 5 mA.

Các tụ điện song song sẽ phù hợp, nhưng chỉ khi bạn chọn nó một cách cẩn thận.

Theo giải thích của @stevenvh, một tụ điện song song với tải phù hợp với tải xung. Đặc tính quan trọng của tụ điện (ngoài điện dung C ) là điện trở cách điện (IR). Điện trở cách điện xác định sự rò rỉ điện tích từ tụ điện trong khi chờ giữa các xung.

Tụ gốm có IR cao và Murata cung cấp thông tin trong bảng dữ liệu của họ có thể thu được từ http://www.murata.com/products/capacitor/design/data/property.html . Sê-ri X5R của họ được chỉ định với , có nghĩa là 1000 FF được tạo thành từ các tụ điện song song có điện trở 50 kΩ.

Ở mức 3 V, bạn sẽ có dòng rò là 60 A, tương đương với mức rút trung bình hiện tại của tải.

Để cải thiện điều này, bạn có thể thử một loại tụ điện khác. Các tụ NP0 hoặc C0G có ít rò rỉ hơn nhưng chúng sẽ chiếm nhiều không gian PCB hơn.

Ở trường hợp đầu tiên A không giống như nó sẽ gây rắc rối cho chúng tôi (nhưng chờ đã!). Tính toán ngược của phong bì: chu kỳ thuế chỉ là 1%, vì vậy 25 mA sẽ phải được bù bằng dòng sạc 250 250A. Đó là cho dòng điện không đổi, thay đổi điện áp tụ theo tuyến tính theo thời gian.

$C = \dfrac{t_1 \times I_1}{\Delta V} = \dfrac{25 ms \times 25 mA}{\Delta V} = \dfrac{625 \mu C}{\Delta V}$

$C = \dfrac{t_2 \times I_2}{\Delta V} = \dfrac{(2.5 s - 25 ms) \times 253 \mu A}{\Delta V} = \dfrac{625 \mu C}{\Delta V}$

Vì vậy, sẽ được xác định bởi sự sụt giảm điện áp bạn sẽ cho phép. Nếu bạn cho phép giảm 200 mV, xuống 2,8 V, thì bạn cần một tụ điện 3100 PhaF.$C$

Nhưng trong hầu hết các ứng dụng trong thế giới thực, dòng điện sẽ không đổi và việc sạc / xả tụ điện qua điện trở sẽ tăng theo cấp số nhân. Bạn chỉ có chênh lệch 1 V giữa 3 V của tụ điện và 2 V của đèn LED và bạn không muốn giảm quá nhiều tụ điện trước khi hết 25 ms; không phải là mờ dần sẽ đáng chú ý như vậy, nhưng độ sáng trung bình sẽ được. Vì vậy, giả sử mức giảm tối đa 200 mV cho phép trong 25 ms sẽ có nghĩa là:

$(3 V - 2 V) \times e^{\left(\dfrac{-25 ms}{R C}\right)} + 2 V = 2.8 V$

thì = 0,11 s.$R C$

Để sạc lại, chúng tôi sẽ phải đặt điện áp cuối; nếu chúng ta muốn sạc lại đầy đủ cho 3 V thì sẽ mất một khoảng thời gian vô tận. Vì vậy, nếu chúng ta đặt mục tiêu ở mức 99% của 3 V, chúng ta có thể viết một phương trình tương tự:

$(3 V- 2.8 V) \times e^{\dfrac{-(2.5 s-25 ms)}{R C}} = 3 V \times 1 \%$

thì = 1,30 s.$R C$

Vâng, đó là thời gian khác nhau vì khác nhau: đối với sự phóng điện, đó là điện trở sê-ri LED, để sạc lại là điện trở từ pin.$R C$$R$

Đối với điện trở nối tiếp với đèn LED, chúng ta có thể tính toán

$R_1 = \dfrac{2.9 V - 2 V}{25 mA} = 36 \Omega$

2.9 V là điện áp trung bình trong quá trình phóng điện, cho phép chúng ta tính toán dòng điện trung bình. Dòng điện bắt đầu sẽ là 27,5 mA, nhưng điều đó sẽ không thành vấn đề. Tôi đã tính toán 2.9 V đơn giản là trung bình giữa 3 V và 2.8 V, nhưng điều đó khá ổn, trong thời gian ngắn này, bạn có thể cho rằng lưu lượng gần như tuyến tính. (Tôi vừa thực hiện phép tính với tích phân của đường cong phóng điện và điều đó mang lại cho chúng tôi trung bình 2,896 V, xác nhận rằng; sai số chỉ là 0,13.)

Vì chúng tôi biết và chúng tôi có thể tìm thấy :R 1$R_1 C$$R_1$$C$

$C = \dfrac{0.11 s}{36 \Omega} = 3100 \mu F$

Và bây giờ chúng ta cũng có thể tìm thấy điện trở sạc:

$R_2 = \dfrac{1.30 s}{3100 \mu F} = 420\Omega$ .

Lưu ý rằng điện dung giống như với việc sạc và xả dòng không đổi của chúng tôi. Đó là bởi vì sự phóng điện ngắn có thể xấp xỉ cũng như tuyến tính, như chúng ta đã thấy trước đó, và tôi cũng làm tròn các giá trị.

Điều quan trọng là chọn đúng kích thước ô và nhà cung cấp cho ứng dụng của bạn và hiểu việc mất công suất giảm rất nhiều khi bạn vượt quá tải định mức. Họ cần cung cấp khả năng chống chịu tải cho nhiệt độ hoạt động của bạn. Nếu không được cung cấp, bạn tính ESR của pin ở mức điện áp và tải định mức.

Hãy nhớ rằng ESR ban đầu nhỏ hơn nhiều, ví dụ ESR bị cắt 10% và cũng bị suy giảm từ nhiệt độ lạnh gần gấp 3 lần từ 23'C đến 0'C. Họ có nghĩa là năng lực của bạn bị giảm.

Tải ESR tăng theo hệ số nhiệm vụ (df) ESR = V / I * 1 / df
Trong cả hai trường hợp A & B của bạn, df là 2.ms/2.5s = 0,01 (1%)

Hãy bắt đầu với những giá trị này và bỏ qua ESR của pin.

• Trường hợp A, 3V @ 25mA, 1% df ESR = 12 kΩ (giả sử tuyến tính bây giờ)
• Trường hợp B, 3V @ 50mA, 1% df ESR = 6 kΩ ("")

Vmin hoặc quy định của bạn ,. sẽ ảnh hưởng lớn đến việc giảm tuổi thọ từ công suất định mức. Nhiều nhà cung cấp sử dụng 33 đến 50%, bạn có thể cần 10 ~ 20%.

Lưu ý bên dưới biểu đồ ESR của pin tăng mạnh khi mất dung lượng sau khi 2/3 được tiêu thụ. Nó tăng gần 1 bậc độ lớn trong suốt thời gian tồn tại. (5,5Ω ~ 45Ω)

Dung lượng pin tính bằng mAh tỷ lệ nghịch với ESR của pin. Bạn có thể ước tính nó từ điện trở tải định mức và điện áp EOL.

Theo những gì tôi hiểu, tải xung không làm hỏng dung lượng của pin mà là bất cứ thứ gì làm tăng ESR khi tiếp cận ESR của tải. Rõ ràng, thông số quy định của bạn xác định mức độ gần của pin R có thể tiếp cận ESR của tải của bạn.

Theo trực giác, bạn biết nếu điện áp cắt là 50% hoặc 1,5V thì ESR bị cắt sẽ trở thành bằng với điện trở tải. Nếu mức cắt là 2V thì điện trở tải định mức phải gấp 2 lần ESR của pin để cho điểm cắt 2/3.

Vì vậy, nếu mức cắt của bạn là 90% (giảm 10% từ 3V), bạn cần đảm bảo ESR tải của bạn bằng 9 lần ESR cho ô đó ở điện áp định mức cắt và sau đó bị giảm bởi temp trường hợp xấu nhất của bạn.

Nếu tải được giảm tại điểm cắt đó, người ta có thể cứu vãn được một số thời gian kéo dài bị mất bằng cách tăng ESR tải của bạn bằng cách tăng khoảng thời gian giữa các lần truyền.

Một tụ điện lớn chỉ giúp cho một lần truyền chứ không phải cứ sau vài giây @ 1%.

Từ những gì tôi thấy, tùy thuộc vào dung sai bỏ qua và thông số tuổi thọ pin của bạn, tôi nghi ngờ bạn cần xem xét CR2032 là tối thiểu. http://www.gpb Pin.com/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=271&Itemid=686