Bozuk para ile çalışan ağır yükler

Lityum madeni para hücreleri , 1 ila 5 mA arasında oldukça düşük standart akım çekimleri için derecelendirilmiştir. Ayrıca, daha yüksek darbeli akım çekimlerine izin verirken (yani, periyodik patlamalar), bu hücre kapasitesine zarar verici görünmektedir (ve ayrıca darbe sırasında voltajda bir düşüşe neden olabilir).

Bu konuyu, madeni para hücrelerinin genel kullanım durumları (LED'ler veya son zamanlarda düşük güçlü kablosuz iletim gibi) için uygulanabilirliğine ilgi duyuyorum, bu yüzden aklıma gelen bir devre yok.

Ancak, biri düşük görev döngüsü ve diğeri daha zorlu bir durum olmak üzere iki senaryo düşünün:

• Durum A : Yük, 2,5 saniyede bir 25 milisaniye boyunca 25 mA çeker.
• Durum B : Yük, 1 saniyede bir 100 milisaniye boyunca 50 mA çeker.

Bir madeni para hücresinin üstündeki darbe çekme vakalarından birini çalıştırmak için kapasitör tabanlı bir rezervuarın uygulanıp uygulanamayacağının (ve dolayısıyla akıllıca olup olmayacağının) analiziyle ilgileniyorum.

Not 1: Her iki durumda da, Coin hücresi -> 3.3V Boost regülatörü -> YÜKLE [mikrodenetleyici + seri dirençli LED'ler + Kablosuz modül + vb.] Ve yük beslemesine paralel kapak / üst kapak.

Not 2: Birinin Li-ion / LiPo pilleri kullanabileceğinin farkındayım, ancak daha yüksek kendi kendine deşarjı (kimyasalları veya koruma devreleri nedeniyle) olsun, bu nedenle kablosuz için ideal olmayabilir saatte bir iletim yapan sıcaklık kaydedici.

İlgili belgeler: Aşağıdaki veri sayfaları, darbe deşarj özellikleri, çalışma gerilimi ve yük vb. Dahil olmak üzere çeşitli bilgi parçalarını gösterir.

1. Energizer CR2032 Veri Sayfası
2. Panasonic CR2032 Veri Sayfası
3. Sony CR2032 Veri Sayfası
4. Maxell CR2032 Veri Sayfası

Buna ek olarak, aşağıdaki belgeler, bir madeni para hücresi kullanarak biraz büyük yüklerin (onlarca miliamper sırasına göre pik akım çekilmesi) çalıştırılması hakkında bazı ampirik değerlendirmeleri / nitel tartışmaları tartışmaktadır:

1. TI Uygulama notu: Madeni para hücreleri ve pik akım çekişi

2. İskandinav Yarıiletken Uygulama notu: CR2032 düğme pil kapasitesi üzerinde yüksek darbe tahliye etkisi

3. Freescale Uygulama notu: Düğme Pillerle Çalışan ZigBee Uygulamaları için Düşük Güçte Dikkat Edilmesi Gerekenler

4. Jennic Uygulama notu: Kablosuz PAN'larda Düğme Hücreleri Kullanma

Hesaplama basittir. Kondansatör boyutu, nabız süresince ne kadar voltaj düşüşüne tolere edebileceğiniz sorusudur. Aküden ortalama akım, görev döngüsünün bir fonksiyonudur.

ΔV = I × Δt / C

C için çözme:

C = I × Δt / ΔV

Diyelim ki ΔV = 0.1V'ye izin verebilirsiniz. İlk örneğiniz için, bu şu şekilde çalışır:

C = 25 mA × 25 ms / 0,1 V = 6,25 mF

Ortalama akım çekimi 25 mA * 25 ms / 2.5 s = 0.25 mA'dır.

İkinci örnek için, sayılar şu şekilde çalışır:

C = 50 mA × 100 ms / 0,1 V = 50 mF

Ortalama akım = 50 mA * 100 ms / 1.0 s = 5 mA.

Paralel kapasitör uygun olacaktır, ancak sadece dikkatlice seçerseniz.

@ Stevenvh ile açıklandığı gibi, yüke paralel bir kapasitör darbeli yükler için uygundur. Kondansatörün önemli özelliği ( C kapasitansı dışında ) yalıtım direncidir (IR). Yalıtım direnci, darbeler arasında beklerken kondansatörden yük sızıntısını belirler.

3 V'ta yükünüzün ortalama akım çekişiyle karşılaştırılabilecek 60 μA kaçak akıma sahip olacaksınız.

İlk bakışta A durumu bize sorun yaratacak gibi görünmüyor (ama bekleyin!). Zarf arkası hesaplaması: görev döngüsü sadece% 1'dir, bu nedenle 25 mA'nın 250 µA şarj akımı ile dengelenmesi gerekecektir. Bu, kondansatör voltajını zamanla doğrusal olarak değiştiren sabit akım içindir.

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

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

$C$

Ancak gerçek dünyadaki uygulamaların çoğunda akım sabit olmaz ve kapasitörün bir direnç üzerinden şarj edilmesi / boşaltılması katlanarak artar. Kondansatörün 3 V'si ile LED'in 2 V'si arasında sadece 1 V farkınız var ve 25 ms bitmeden kapasitörün çok fazla düşmesini istemiyorsunuz; solma bu şekilde fark edilmeyecek, ancak ortalama parlaklık olacaktır. Dolayısıyla, 25 ms'de izin verilen maksimum 200 mV'lik bir düşüş varsayarsak:

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

$R C$

Şarj etmek için bir uç voltajı ayarlamamız gerekecek; tam 3 V'ye şarj etmek istiyorsak sonsuz zaman alacaktır. Dolayısıyla hedefimizi 3 V'un% 99'una ayarlarsak benzer bir denklem yazabiliriz:

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

$R C$

$R C$$R$

LED'li seri direnç için hesaplayabiliriz

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

2,9 V, ortalama akımı hesaplamamızı sağlayan boşaltma sırasındaki ortalama voltajdır. Başlangıç ​​akımı 27.5 mA olacaktır, ancak bu bir problem olmayacaktır. 2.9 V'u basitçe 3 V ve 2.8 V arasındaki ortalama olarak hesapladım, ancak bu oldukça iyi, bu kısa sürede deşarjın neredeyse doğrusal olduğunu varsayabilirsiniz. (Hesaplamayı sadece deşarj eğrisinin integrali ile yaptım ve bu bize 2.896 V ortalama verir, ki bunu doğrular; hata sadece 0.13.)

$R_1 C$$R_1$$C$

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

Ve şimdi şarj direncini de bulabiliriz:

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

Kapasitansın, sabit akım şarj ve deşarjımızla aynı olduğunu unutmayın. Bunun nedeni, kısa deşarjın daha önce gördüğümüz gibi lineer olarak iyi tahmin edilebilmesidir ve ayrıca değerleri yuvarladım.

Uygulamanız için doğru boyuttaki hücreyi ve tedarikçiyi seçmek ve nominal yükü aştığınızda kapasite kaybını çok fazla anlamak önemlidir. Çalışma sıcaklığınız için yük direncine karşı kapasite sağlamalıdırlar. Verilmezse, pilin ESR'sini nominal kesme voltajında ​​ve yükünde hesaplarsınız.

İlk ESR'nin çok daha küçük olduğunu unutmayın, örn.% 10 kesme ESR ve ayrıca soğuk sıcaklıktan 23'C'den 0'C'ye neredeyse 3x düşer. Bunlar kapasitenizin azaldığı anlamına gelir.

Yük ESR, görev faktörü (df) ile artar ESR = V / I * 1 / df
Her iki A & B Durumunuzda df, 2ms / 2.5s = 0.01 (% 1)

Bu değerlerle başlayalım ve pilin ESR'sini ihmal edelim.

• Durum A, 3V @ 25mA,% 1 df ESR = 12 kΩ (şimdilik doğrusal olduğu varsayılarak)
• Durum B, 3V @ 50mA,% 1 df ESR = 6 kΩ ("")

Vmin veya yönetmelik spesifikasyonunuz. nominal kapasiteden ömür boyu azalmayı büyük ölçüde etkileyecektir. Birçok tedarikçi% 33 ila 50 kullanır,% 10 ~ 20'ye ihtiyacınız olabilir.

2/3 tüketildikten sonra pilin ESR grafiğinin altında kapasite kaybı ile keskin bir şekilde yükseldiğini unutmayın. Kapasite ömrü boyunca neredeyse 1 büyüklükte artar. (5.5Ω ~ 45Ω)

MAh cinsinden pil kapasitesi, pil ESR'si ile ters orantılıdır. Nominal yük direnci ve EOL voltajından tahmin edebilirsiniz.

Anladığım kadarıyla, darbeli yük akünün kapasitesine zarar vermez, aksine ESR'yi yükün ESR'sine yaklaştıran herhangi bir şeye zarar vermez. Açıkçası, düzenleme spesifikasyonunuz akü R'lerinin yükünüzün ESR'sine ne kadar yakın olabileceğini belirler.

Sezgisel olarak, kesme voltajının% 50 veya 1.5V olup olmadığını, kesme ESR'sinin yük direncine eşit hale geldiğini bilirsiniz. Kesme 2V olarak belirlenmişse, nominal yük direnci 2/3 kesme noktası vermek için pil ESR'sinin 2 katı olmalıdır.

Bu nedenle, kesmeniz% 90 ise (3V'den% 10 düşüş), yük ESR'nizin kesme nominal voltajında ​​o hücre için ESR'nin 9 katı olduğundan ve en kötü durum sıcaklığınızla azaltıldığından emin olmanız gerekir.

Eğer yük bu kesme noktasında azaltılırsa, şanzımanlar arasındaki zaman aralığını artırarak yük ESR'sini yükselttiğinizde kaybolan uzun bir süreyi kurtarabilirsiniz.

Büyük bir kapasitör sadece bir iletim için yardımcı olur, ancak birkaç saniyede bir% 1'de değil.

Gördüğüm kadarıyla, çıkarma toleransınıza ve pil ömrü spesifikasyonunuza bağlı olarak, bir CR2032'yi minimum olarak düşünmeniz gerektiğinden şüpheleniyorum. http://www.gpbatteries.com/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=271&Itemid=686