摘要：Maxim實時時鐘(RTC)系列產(chǎn)品包含了幾款帶涓流充電器的器件，涓流充電器可以為第二個備份電池或電容充電。電池或電容用來在VCC掉電時維持時鐘工作。儲存在電容內(nèi)的能量需要維持時鐘工作一定的時間，具體取決于幾個因素。本應(yīng)用筆記討論了如何根據(jù)電容尺寸計算備份時間。

另請參考應(yīng)用筆記3816："Selecting a Backup Source for Real-Time Clocks"。

充電電路

圖1給出了典型的涓流充電器電路，規(guī)定涓流充電器寄存器的高四位用于使能涓流充電器，低四位用于選擇二極管壓差和限流電阻。下圖中，可以在充電通路插入二極管，也可以不使用二極管，可選擇的電阻值為250Ω、2kΩ或4kΩ。有些器件提供了不同的二極管和電阻配置(詳細情況請參考相關(guān)器件的數(shù)據(jù)資料)。電容連接在VBACKUP與地之間(圖2)。


圖1. 典型涓流充電電路


圖2. 典型電路

用戶根據(jù)所需要的最大充電電流選擇二極管和電阻，需要時可與電容制造商聯(lián)系，了解電容器的充電限制。

計算充電電流

最大充電電流可按以下方法計算：假設(shè)3.3V的系統(tǒng)電源加在VCC上，涓流充電器已經(jīng)使能，沒有使用二極管、選擇了2kΩ電阻。當電容電壓為零時可以計算出最大充電電流：

IMAX = (VCC - 二極管壓差)/R2
= (3.3V-0V)/R2
≈ (3.3V-0V)/2kΩ
≈ 1.65mA

隨著VBACKUP電壓的升高，充電電流逐漸減小。

計算備份時間

下面，我們需要計算所需要的電容值。給定所要求的備份時間，我們還需要了解其他幾個參數(shù)：電容的起始電壓和最終電壓、從電容吸取的電流以及電容值。

假設(shè)工作在VBACKUP時，RTC消耗固定的電流，可利用下式計算出最差工作條件下的備份時間，用小時表示：

[C(VBACKUPSTART - VBACKUPMIN)/IBACKUPMAX]/3600

式中，C是電容值，單位為法拉。
VBACKUPSTART是初始電壓，單位為伏特。作用在VCC上的電壓, 去掉二極管的壓降，用于充電電路。
VBACKUPMIN是最終電壓，單位為伏特(振蕩器的最低工作電壓)。
IBACKUPMAX是數(shù)據(jù)資料中給出的最大VBACKUP電流，單位為安培。

如果：C = 0.2F、VBACKUPSTART = 3.3V、VBACKUPMIN = 1.3V、IBACKUPMAX = 1000nA, 則：

小時 = [0.2(3.3 - 1.3)/(1e - 6)]/3600 = [0.2(2.0)(1e - 6)]/3600 = 111.1

如果我們需要了解典型的備份時間，應(yīng)該用IBACKUP典型值(IBACKUPTYP)替代IBACKUP最大值(IBACKUPMAX)。

因此，如果VBACKUPTYP為3.3V (典型值)、IBACKUPTYP為600nA (典型值), 則：

小時 = [0.2(3.3 - 1.3)/(600e - 9)]/3600 = [0.2(2.0)(600e - 9)]/3600 = 185.2

上述計算假設(shè)IBACKUP是固定的，不考慮VBACKUP電壓。Maxim RTC的振蕩器很像一個電阻，所以，備份電流隨著備份電壓的降低而減小?？梢杂嬎愠龈咏鼘嶋H情況的備份時間。

按照基礎(chǔ)電子學，可由下式確定任意時刻的電容電壓(放電電路如圖3所示)：

V(t) = E(e-τ/RC)

圖3. 放電電路

其中，τ為時間，單位為秒
E為初始電壓，單位為伏特
V為最終電壓，單位為伏特
R為負載電阻，單位為歐姆
C為電容值，單位為法拉

整理上式，可以解得t：

-ln(V/E)(RC) = t

從RTC數(shù)據(jù)資料, 我們可以查到振蕩器的最小工作電壓以及最大VBACKUP電流(IBACKUPMAX)。為了估算負載電阻，R，我們用數(shù)據(jù)資料中的VBACKUPMAX除以IBACKUPMAX (因為最大電流發(fā)生在最大輸入電壓情況下)。本例中，VBACKUPMAX為3.7V，IBACKUPMAX為1000nA, 結(jié)果為3.7/1e-6或3,700,000Ω。假設(shè)電容值為0.2F，已充電到3.3V, IBACKUPMAX為1000nA, 振蕩器最低工作電壓為1.3V, 備份時間計算如下：

-ln(VBACKUPMIN/VBACKUPMAX)[(VBACKUPMAX/IBACKUPMAX) × C]=
-ln(1.3/3.3)(3,700,000 × 0.2) =
689,353秒(191.5小時)

改變電容值C，可以確定備份電容供電時的運行時間。