Circuito de recarga de batería de celda de moneda para energía de respaldo RTC

Estoy diseñando un sistema que contiene un RTC para mostrar la fecha y la hora en una interfaz de usuario, así como registrar eventos con marcas de tiempo. En este caso particular, el sistema se enciende a intervalos que van desde una vez al día hasta una vez cada dos semanas. Cuando se utiliza, funciona con una fuente de alimentación de CC, que se deriva de la fuente de alimentación de CA de la red. El sistema puede permanecer encendido/utilizado durante cualquier tiempo entre 30 minutos y 4 horas a la vez. Cuando se apaga, la alimentación principal (y, por lo tanto, la fuente de alimentación de CC al circuito) se desconecta. Aquí es cuando el RTC necesita hacer uso de una batería de respaldo (o una solución de respaldo similar) para mantener el RTC en funcionamiento. El RTC que pretendo usar es el Microchip MCP79510 .

Por supuesto, la solución más común para una aplicación de este tipo sería simplemente utilizar una batería de tipo botón estándar (como la CR1220 o la CR2032). Sin embargo, el sistema debe diseñarse de tal manera que el usuario normal no tenga ningún acceso físico a las partes internas del sistema, donde se encuentra la batería de respaldo. Solo el personal autorizado debe tener dicho acceso. Entonces, para evitar las visitas al sistema por parte de dicho personal solo para reemplazar una batería cada vez que se agote (aunque esto solo podría ser una vez cada 5-10 años, y podría haber varios de estos sistemas implementados en el campo), estoy buscando una solución alternativa para proporcionar esta energía de respaldo.

Mi primer pensamiento es simplemente usar una batería recargable de tipo botón, con un pequeño circuito de carga. En teoría, esto nunca debería requerir un reemplazo de la batería, a menos que la batería en sí no funcione correctamente. He leído algo sobre la carga de estas baterías recargables de tipo botón. Soy muy consciente de que las pilas de botón no recargables son... no recargables...

Dicho esto, he leído que la carga lenta nunca debe usarse para este tipo de baterías, ya que el mecanismo de carga de corriente constante podría conducir a un voltaje de carga más alto que el valor nominal de la batería. Por lo tanto, entiendo que no puedo usar un circuito de "carga" que siempre mantenga la batería en su voltaje completamente cargado, como se usa con otros tipos de aplicaciones de batería. ¿Estoy entendiendo esto correctamente, o estoy equivocado?

Mi primera preferencia por este tipo de batería es algo así como la Panasonic VL1220 . Para esta batería en particular, hay un documento que describe algunos circuitos de carga, de los cuales el siguiente circuito parece ser el "estándar" que se debe usar:

Circuito de carga VL1220

¿Este circuito no carga constantemente la batería, como suele recomendarse?

Durante la lectura adicional, me encontré con el controlador de gestión de carga Microchip MCP73831 . Si bien parece una alternativa atractiva a la solución de circuito discreto, también menciona una funcionalidad de carga de corriente constante, que (según tengo entendido) no es adecuada para cargar este tipo de baterías. ¿Este dispositivo podría configurarse correctamente para cargar baterías recargables de tipo botón, como en el caso de mi aplicación?

Una solución alternativa a la configuración de la batería es usar un supercondensador. Aunque es una solución mucho más simple, esto dependería en gran medida de que el sistema se encienda antes de que se agote el supercondensador, para recargar el supercondensador. Los voltajes operativos para este tipo de capacitores imponen una fuerte restricción en el tiempo total de respaldo, especialmente si existe la posibilidad de que el sistema no se encienda lo suficientemente temprano como para recargar el supercapacitor antes de que se haya agotado. Además, el tamaño físico de los supercondensadores de muy alta capacitancia también se convierte en un problema. Por lo tanto, la solución del supercondensador probablemente no sea la ideal.

ACTUALIZACIÓN: A partir de los comentarios hasta el momento y la respuesta de Neil_UK, parece que el MCP73831 no es necesario y que el circuito anterior sería suficiente para la aplicación.

ACTUALIZACIÓN 2:

En el caso de utilizar una batería de tipo botón recargable, ¿la vida útil esperada de la batería en sí es del mismo orden que las baterías de tipo botón no recargables? Si este es el caso, entonces tal vez sea inevitable que la batería deba ser reemplazada cada 5-10 años, independientemente de si es del tipo recargable o no recargable (lo que significa que podría optar por la no recargable). tipo de batería recargable).

Ese circuito se carga usando voltaje constante, no corriente constante. No puede cargar la batería a un voltaje superior a 5*R2/(R1+R2).
Entonces, ¿el divisor de voltaje básicamente limita el voltaje máximo posible aplicado a la batería por el circuito de carga?
El divisor de voltaje, junto con D1, ES el circuito de carga.
Gracias por la aclaración. Supongo que D3 está ahí para evitar que la batería se agote debido a la alimentación del resto de los circuitos cuando el suministro de 5 V está apagado. ¿Qué hace D2 en el circuito?
D2 evita que se apliquen 5 V directamente a la batería y se desvíe del circuito de carga.
¿Y esta "derivación" se logra al evitar el flujo de corriente de Vin (5 V) -> D3 -> VL, ya que D2 tiene polarización inversa efectiva cuando se aplican 5 V al circuito?
No se logra el bypass. D2 lo bloquea. Sin él, D3 pasaría por alto R1 y D1 y aplicaría 5 V (menos la caída directa del diodo) directamente a la batería.

Respuestas (1)

Panasonic advierte contra el suministro constante de corriente, el tipo de cosas que se pueden hacer con las baterías químicas de níquel, si la fuente de corriente puede suministrar un voltaje superior a 3,6 V. Con un suministro de 5v, habría una gran tentación de simplemente poner una resistencia en serie para limitar la corriente a la batería. Eso funcionaría para NiMH, pero dañaría la batería de vanadio/litio.

El circuito ilustrado no suministra 5v a la batería. R1 y R2 reducen el voltaje y D1 lo reduce aún más. Advertencia, depende de que el voltaje de entrada sea un buen 5v. Si suministra (digamos) 9v a ese circuito de carga, dañará la batería. A menos que tenga un buen 5v, debe usar uno de los circuitos reguladores sugeridos por Panasonic, por ejemplo, #3 o #4.

Gracias por la advertencia sobre el requisito de un suministro estable de 5 V. Supongo que los valores de las resistencias para el divisor de voltaje se pueden volver a calcular si se usa un voltaje de suministro diferente, para suministrar el voltaje correcto a la batería. Como cuestión de interés, ¿por qué el simple hecho de poner una resistencia en serie dañaría la batería, como se mencionó en el primer párrafo?
A baja corriente, una resistencia pierde muy poco voltaje. Si tiene una sola resistencia de una fuente de 5v, entonces la batería puede cargarse a casi 5v, ya que la corriente de carga baja. NiMH puede tomar corriente continua de forma segura, VPL no. El divisor resistivo siempre atrae una corriente a través de ambas resistencias, por lo que siempre tiene una caída de voltaje. Uno de los resultados estándar en la electrónica elemental es que un divisor resistivo que utiliza resistencias de Rsuperior y Rinferior impulsadas desde un voltaje de V voltios parece una fuente de voltaje de V Rb/(Rt+Rb), en serie con una resistencia de (Rt Rb )/(Rt+Rb).
Gracias por la aclaración sobre la resistencia única. Entiendo la derivación del voltaje en el divisor de voltaje (resistivo). ¿Podría explicar por qué la resistencia en serie efectiva en tal caso es la combinación en paralelo de Rt y Rb? ¿Desde qué punto/desde qué perspectiva se observa esta resistencia efectiva?
Me alegro de que hayas preguntado, siempre es mejor llegar a estas cosas desde los primeros principios, en lugar de las matemáticas. Medimos el voltaje O/C, fácil, solo la fórmula del divisor, y la corriente S/C, fácil, solo Vin/Rt (no hay voltaje en Rb). Conocemos el voltaje y la corriente, por lo que la relación es la resistencia en serie efectiva. Para la generalización de esto, vea el Teorema de Thevenin
Todo tiene sentido ahora. Aceptando tu publicación como la respuesta.