코인 셀을 이용한 펄스 구동 중부 하

리튬 코인 셀 은 1 ~ 5mA 정도의 낮은 표준 전류 소비량으로 등급이 매겨져 있습니다. 또한, 더 큰 펄스 전류 소모 (즉, 주기적 버스트)를 허용하지만, 이는 셀 용량에 해가되는 것으로 보입니다 (또한 펄스 동안 전압이 저하 될 수 있음).

일반적인 사용 사례 (예 : LED 또는 최근 저전력 무선 전송)에 코인 셀을 적용 할 수 있다는 점 에서이 주제를 관심의 대상으로 삼고 있으므로 특정 회로를 염두에 두지 않습니다.

그러나 두 가지 시나리오, 하나는 낮은 듀티 사이클과 하나는 더 까다로운 사례를 상상해보십시오.

• 사례 A : 2.5 초마다 한 번씩 25 밀리 초 동안 부하가 25mA를 소비합니다.
• 사례 B : 1 초마다 한 번씩 100 밀리 초 동안로드가 50mA를 끌어옵니다.

커패시터 기반 저장소가 코인 셀 위의 펄스 드로우 케이스 중 하나에 적용될 수 있는지 (따라서 현명한 지) 여부에 대한 분석에 관심이 있습니다.

참고 1 : 두 경우 모두 코인 ​​셀-> 3.3V 부스트 레귤레이터-> LOAD [마이크로 컨트롤러 + 직렬 저항이있는 LED + 무선 모듈 + 등]의 일반적인 상황을 고려하고 있습니다. 그리고 Cap / Supercap은 부하 공급 장치와 평행합니다.

참고 2 : Li-ion / LiPo 배터리를 사용할 수는 있지만 자체 화학 물질 (화학 성분 또는 보호 회로로 인해)이 높기 때문에 무선에 이상적이지 않을 수 있습니다 한 시간에 한 번씩 전송되는 온도 로거.

관련 문서 : 다음 데이터 시트는 펄스 방전 특성, 작동 전압 대 부하 등을 포함한 다양한 정보를 보여줍니다.

1. 에너자이저 CR2032 데이터 시트
2. Panasonic CR2032 데이터 시트
3. Sony CR2032 데이터 시트
4. Maxell CR2032 데이터 시트

또한 다음 문서는 코인 셀을 사용하여 다소 큰로드 (수십 밀리 암페어의 피크 전류 소모)에 대한 경험적 평가 / 정 성적 논의에 대해 설명합니다.

1. TI 애플리케이션 노트 : 코인 셀 및 피크 전류 소모

2. Nordic Semiconductor 애플리케이션 노트 : CR2032 코인 셀 배터리 용량에 높은 펄스 드레인 영향

3. 프리 스케일 애플리케이션 노트 : 코인 셀 배터리로 작동하는 ZigBee 애플리케이션을위한 저전력 고려 사항

4. Jennic 앱 노트 : 무선 PAN에서 코인 셀 사용

계산은 간단합니다. 커패시터 크기는 단순히 펄스 지속 시간 동안 허용 할 수있는 전압 강하량의 문제입니다. 배터리의 평균 전류는 듀티 사이클의 기능입니다.

ΔV = I × Δt / C

C를 해결하면 다음이 가능합니다.

C = I × Δt / ΔV

ΔV = 0.1V를 허용 할 수 있다고 가정 해 봅시다. 첫 번째 예의 경우 다음과 같이 작동합니다.

C = 25mA × 25ms / 0.1V = 6.25mF

평균 전류 소모량은 25mA * 25ms / 2.5s = 0.25mA입니다.

두 번째 예에서 숫자는 다음과 같이 작동합니다.

C = 50mA × 100ms / 0.1V = 50mF

평균 전류 = 50mA * 100ms / 1.0s = 5mA.

병렬 커패시터가 적합하지만 신중하게 선택하는 경우에만 적합합니다.

@stevenvh에서 설명했듯이 부하와 병렬로 연결된 커패시터는 펄스 부하에 적합합니다. 커패시터의 커패시턴스 C 와는 별도로 커패시터의 중요한 특성은 절연 저항 (IR)입니다. 절연 저항은 펄스 사이에서 대기하는 동안 커패시터의 전하 누출을 결정합니다.

3V에서 누설 전류는 60μA이며 부하의 평균 전류 소모량과 비슷합니다.

첫눈에 케이스 A는 우리에게 문제를 일으키는 것처럼 보이지 않습니다 (그러나 기다리십시오!). 봉투 뒤 계산 : 듀티 사이클은 1 %에 불과하므로 250mA 충전 전류로 25mA를 보상해야합니다. 그것은 정전류에 대한 것이며, 시간에 따라 커패시터 전압을 선형으로 변화시킵니다.

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

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

$C$

그러나 대부분의 실제 응용 분야에서 전류는 일정하지 않으며 저항을 통한 커패시터 충전 / 방전은 기하 급수적으로 진행됩니다. 커패시터의 3V와 LED의 2V 사이에는 1V의 차이 만 있으며 25ms가 끝나기 전에 커패시터를 너무 많이 떨어 뜨리지 않습니다. 그처럼 페이딩이 눈에 띄지 않지만 평균 밝기가됩니다. 따라서 25ms에서 최대 허용 200mV 강하를 가정하면 다음을 의미합니다.

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

$R C$

재충전을 위해서는 종료 전압을 설정해야합니다. 전체 3V로 재충전하려면 무한한 시간이 걸립니다. 따라서 목표를 3V의 99 %로 설정하면 비슷한 방정식을 작성할 수 있습니다.

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

$R C$

$R C$$R$

LED가있는 직렬 저항의 경우 계산할 수 있습니다

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

2.9V는 방전 중 평균 전압이므로 평균 전류를 계산할 수 있습니다. 시작 전류는 27.5mA이지만 문제가되지는 않습니다. 나는 2.9V를 3V와 2.8V 사이의 평균으로 간단히 계산했지만,이 짧은 시간 동안 방전이 거의 선형이라고 가정 할 수 있습니다. 방금 방전 곡선의 적분으로 계산을 수행하여 평균 2.896V를 제공합니다.이를 확인하면 오류는 0.13에 불과합니다.

$R_1 C$$R_1$$C$

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

이제 충전 저항도 찾을 수 있습니다.

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

커패시턴스는 정전류 충전 및 방전과 동일합니다. 앞에서 본 것과 같이 짧은 방전이 선형에 가깝게 근사 될 수 있고 값을 반올림했기 때문입니다.

응용 분야에 적합한 크기의 셀과 공급 업체를 선택하고 정격 부하를 초과 할 때 용량 손실이 크게 손실되는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 작동 온도에 대한 용량 대 부하 저항을 공급해야합니다. 지정하지 않으면 정격 컷 아웃 전압 및 부하에서 배터리의 ESR을 계산합니다.

초기 ESR은 예를 들어 10 % 컷 아웃 ESR보다 훨씬 작으며, 또한 저온에서 23 ℃에서 0 ℃로 거의 3 배 저하됩니다. 용량이 줄어드는 것을 의미합니다.

부하 계수 ESR은 듀티 팩터 (df)에 따라 증가합니다. ESR = V / I * 1 / df
사례 A와 B에서 df는 2.ms/2.5s = 0.01 (1 %)

이 값부터 시작하여 배터리의 ESR을 무시하십시오.

• 사례 A, 3V @ 25mA, 1 % df ESR = 12kΩ (현재는 선형이라고 가정)
• 사례 B, 3V @ 50mA, 1 % df ESR = 6kΩ ( "")

Vmin 또는 규정 사양. 정격 용량의 수명 단축에 크게 영향을줍니다. 많은 공급 업체가 33 ~ 50 %를 사용하므로 10 ~ 20 %가 필요할 수 있습니다.

아래의 배터리의 ESR 그래프는 2/3 소비 후 용량 손실로 급격히 증가합니다. 용량 수명 동안 거의 1 배 가량 증가합니다. (5.5Ω ~ 45Ω)

mAh 단위의 배터리 용량은 배터리 ESR에 반비례합니다. 정격 부하 저항과 EOL 전압으로 추정 할 수 있습니다.

내가 이해 한 바에 따르면, 펄스로드는 배터리 용량을 손상시키지 않고 오히려로드의 ESR에 접근하는 ESR을 높이는 것입니다. 분명히, 규정 사양에 따라 배터리 Rs가 부하의 ESR에 얼마나 근접 할 수 있는지 결정됩니다.

컷 아웃 전압이 50 % 또는 1.5V인지 여부를 직관적으로 알 수 있습니다. 컷 아웃 ESR은 부하 저항과 같습니다. 컷 아웃이 2V로 지정된 경우 정격 부하 저항은 2/3 컷 아웃 포인트를 제공하기 위해 배터리 ESR의 2 배 여야합니다.

따라서 컷 아웃이 90 % (3V에서 10 % 감소)이면 컷 아웃 정격 전압에서 해당 셀에 대한로드 ESR이 9 배 ESR인지 확인한 다음 최악의 경우 온도에 따라 디 레이팅해야합니다.

컷 아웃 지점에서 부하가 줄어든 경우 전송 간 시간 간격을 늘려 부하 ESR을 높이면 손실 된 시간을 연장 할 수 있습니다.

큰 커패시터는 한 번의 전송에만 도움이되지만 몇 초마다 1 %가 아닙니다.

내가 보는 것에서, 드롭 아웃 공차 및 배터리 수명 사양에 따라 CR2032를 최소한으로 고려해야한다고 생각합니다. http://www.gpbatteries.com/index.php?option=com_k2&view=item&layout=item&id=271&Itemid=686