用锂电池空间不够,而且怕有危险,尤其是穿戴设备。那么可以使用纽扣电池为系统供电吗?
如上图纽扣电池的参数来看,纽扣电池的持续供电能力一般比较小,只有3mA,脉冲电流20mA,抛开容量不说,放电能力是能否使用纽扣电池的关键。 以CR2032 锂锰纽扣电池为例,电池电压随着使用时间延长而逐步下降,同时也伴随着电池内阻的急 剧上升。在电池满电或电压比较高的前期,电池的内阻比较小,基本可以忽略。但是在电池寿命的后期,电池内阻的影响是无法忽略的。如下图是其中一款 CR2032 纽扣电池在连续负载放电下的测试曲线,蓝色对应电池电压,绿色为电池内阻,我们在A点可以看到,此刻电池电压大概在2.6V左右,但 是此时内阻已经达到100欧姆了。
当电池内阻增大,其带来的影响我们就不得不考虑了,因为一般单片机内部都会有掉电检测的保护机制,比如当供电的VDDS低于1.8V,便会触发 欠压复位保护,保证单片机不会因为供电电压低内部数据变化而造成芯片运行出错。 以纽扣电池在2.4V为例,如果此刻内阻为100欧姆。单片机运行电流从不到 3mA 瞬间增大到 6.1mA, 此刻电流经过 100 欧姆的电池内阻的压降超过 600mV, 真正输出给到单片机的实际电压小于1.8V,从而触发低电压复位。 复位期间电流下降,电池电压得以暂时性恢复并升高。单片机进入正常的复位启动顺序,系统启动运行,瞬间消耗电流再次增大,有可能再次把电池电压拉低并触发低压保护。如此,电流在复位过程中被消耗,使得平均电流增大。
上图为用直流电源分析仪测VDDS上的电流消耗,当电池电压刚好低到某个点,刚刚能触发低电压复位的初期, 红圈里的为系统触发复位,并不会每次都发生。 如果要使用纽扣电池,首先需要选用内阻小的纽扣电池,我们选用两个不同品牌同样规格的CR2032纽扣电池,测试放电,当放电到相同的2.9V左右,此时电池A的压降已经达到817mV,而电池B的压降却是100mV。不同品牌电池的内阻差异性很大,电池B可使用的电池电量会比电池A多很多。
电池A压降
电池B压降 硬件设计上,在 VDD脚上接颗大的电容,比如 20-30uF,使得电池电压在被下拉的时候可以起缓冲作用。 软件优化,在初始化的启动代码里增加判断是否是BOD掉电引起的触发复位,如果是的话,增加一定时间延时,系统运行后和进入高功耗状态有个时间缓冲,使得电池电压得以短暂恢复,以避免马上进入高功耗运行状态把电池电压拉的更低。而在POR上电复位和管脚复位的情况不做延时。
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