Dilemma

fatbeard

Honourable Member

Of, zoals het in mijn vriendenkring heet, een Dillema :P

Ik wil de spanning van de backup-batterij (CR1225, groter gaat niet) van een RTC (DS1341) in de gaten houden om de gebruiker te kunnen attenderen op een naderend einde van die batterij en heb daarvoor -om meerdere redenen- de ADS1015 gekozen.
Die ADS1015 wordt vanuit een andere 3.3V voeding (die niet altijd aan staat) gevoed en meet ook andere zaken.1)

De opgegeven ingangsimpedantie van de ADS1015 is (voor het gekozen meetbereik) 6MΩ, dus ik verwacht een 'extra' stroom van 200nA uit de backup-batterij te zullen gaan trekken.2)
Zonder die extra stroom (dus als ik de batterij niet monitor) heb ik een verwachte batterij levensduur (worst-case) van 3 jaar en 300 dagen, mèt die extra stroom wordt dat 2 jaar en 200 dagen.

Nu zit ik me af te vragen of het zin heeft om extra hardware in te designen (verder is het ontwerp klaar) om die ADS1015 input 'los' te koppelen als de voeding voor de ADS1015 uit staat: een reductie van die extra stroom tot 20nA levert een jaar extra backup-tijd op.
De beschikbare ruimte voor implementatie is alleen érg beperkt: de ideale oplossing (1 extra component) met een CRR03-1A reed relais gaat bijvoorbeeld niet passen.

Wat zouden jullie doen: veel extra moeite voor een jaar extra backuptijd of niet?

1) Jawel, het is voor een RaspberryPi Zero systeempje.
2) Tenminste, als de ADS1015 aanstaat. Hoeveel dat wordt als de ADS1015 uitstaat heb ik niet terug kunnen vinden in de datasheet, als die impedantie dan drastisch terugvalt heb ik geen keuze.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
EricP

mét CE

De grote vraag is natuurlijk... Hoe belangrijk is die backup? (zowel qua tijd als qua levensduur).

Je zou kunnen overwegen om een FSR van 6.144V te gebruiken. Dat scheelt je 4MΩ in input impedantie, het kost je wat resolutie - is dat erg?

Verder vermoed ik dat men de input 'scaled' door *iets* met een spanningsdeler te doen waar delen worden bijgeschakeld als je een lagere FSR kiest - dan kan zo simpel zijn als een weerstand met een N-channel FETje. Dat zou impliceren dat de input impedantie naar max. (10MΩ) gaat als je het ding 'uit' zet.

Echter... ik weet niet of er nog iets aan protectie dioden oid. dwars gaat liggen als je de voeding los haalt. Als je de datasheet zo bekijkt (figuur 10) en staat daar dat die 'aan' gaan als een input boven VDD+0.3V komt. In 'uit' situatie dus boven 0.3V.

Al met al denk ik dat dit chippie in deze configuratie geen succes wordt. Dat is gebaseerd op een quick-scan van de datasheet; ik heb niet de moeite genomen die uitgebreid te lezen...

Andere insteek (als je dat relais niet kwijt raakt...)... Kun je wat met een comperator? Je hoeft (denk ik) de spanning niet te weten, alleen als die onder een bepaalde waarde komt. Met een beetje mazzel 4 onderdelen: comperator, bypass C en iets van een spanningsdeler.
Kun je wat met een P-channel FET?

Nog een smerige oplossing: als het ding meer aan dan uit staat... Kun je met een externe voeding de batterij ontzien? De RTC schakelt niet over - ofwel: draait altijd op z'n batterij. Als je uit de datasheet van specifiek de batterij die jij gebruikt de 'nominale' spanning haalt en die zet je er botweg op (evt. een paar mV meer) als je apparaat 'aan' staat... De batterij zou daar geen pijn aan moeten hebben. Maar hoeft ook geen stroom meer te leveren.
Met een beetje mazzel doen de protectiedioden dat als als je I/O op 3V4 zit :)

Kun je er wat in de richting van een VL2330 in kwijt? (geen idee of die er ook kleiner zijn en of het past bij jouw RTC).

fatbeard

Honourable Member

Dank voor het meedenken.

Die backup is in die zin belangrijk, dat wanneer de backup batterij leeg is het systeem niet meer eenvoudig op te starten is. Vandaar dat ik dacht (omdat ik toch een kanaal overhad) de gebruiker te kunnen waarschuwen dat het tijd wordt die batterij te vervangen. Maar als die melding elk jaar voorbij komt streeft het geheel toch wel een beetje zijn doel voorbij...

Tijdens 'aan' wordt de voeding overgenomen door die externe 3.3V via een diode, dus daar is geen probleem. Alleen staat het meer uit dan aan: 4 keer per etmaal een minuut of tien, plus af en toe handmatig voor onbepaalde tijd; ook een herlaadbare cel gaat dat niet overleven.
Hoofd voeding is een 12Ah gelaccu, die wordt bijgeladen met zonnecellen. De veld-testen tonen aan dat met deze duty-cycle de accu het in de winter nog nèt kan bolwerken.
Ik zal wat experimenten gaan uitvoeren om te zien wat die ingangsimpedantie doet als de chip uit staat; er zitten protectiediodes in (die zelfs 10mA mogen hebben).

Die P-FET optie heb ik al wel een beetje besnuffeld (er was een paar jaar geleden een topic over), maar kwam er niet helemaal uit hoe dat te implementeren: de IDSS kan afhankelijk van de toegepaste FET nogal grote waardes aannemen (1uA is veel hier).
Misschien moet ik 'gewoon' een extra serieweerstand opnemen als stroombegrenzing en die dan tijdens 'aan' overbruggen...

Een grotere backup-batterij heb ik ook overwogen, maar zelfs voor een CR2020 is onvoldoende plek, misschien is een CR1632 nog net te plaatsen.
In het uiterste geval laat ik het hele circuit gewoon weg en zeg ik dat die batterij rücksichtlos elke drie jaar vervangen moet worden...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
EricP

mét CE

En eh... die hele RTC laten voor wat het is en er een no-budget GPS ontvangertje op knutselen waar je ff op wacht bij een start-up is zeker geen optie?

Heb je een mogelijkheid om je RTC direct vanuit die GEL accu te voeden? De zelfontlading van zo'n ding is toch al snel een 5-25% per maand. Natte vinger rekenen: 10% per maand, is dus 1.2Ah per maand. Als we een maand op zo'n 750 uur zetten is dat equivalent aan iets van 1.5mA (en nou hoop ik maar dat de natte vinger zich niet ergens een factor 1000 het bos in gerekend heeft :) ).
Als je een zuinige regelaar hebt en je zit daar uiteindelijk een factor 10 onder (gevoelsmatig is dat te doen), dan heb ik zo iets van 'good enough'. Je zou zelfs nog kunnen overwegen om zowel een regelaar als een backup battery te hebben - dan blijf je ook nog een tijdje in leven als die accu eens 'plat' gaat...

Nog ff over die herlaadbare: die mag je (als ik het me goed herinner) met een best forse stroom (alles relatief...) laden. Stel dat je RTC 300nA trekt. Dat is in 24 uur 7.2μAh. Als je dat er in een half uur weer in wil frutten, dan moet je volgens mijn natte vinger iets van 15μA laden. Zo uit m'n hoofd is tot 1mA ofzo goed te doen - bij 30mA capaciteit.
Dus als de natte vinger goed gerekend heeft, is dat in je 'on' tijd goed bij te houden.

[edit]Een VL2020 wordt gespect op 1.5mA. Een VL1220 op 0,5mA. Die is dan wel 'maar' 7mAh - houdt zonder bijladen je klokje zo op de natte vinger eh... best lang :+ in leven... Er is ook nog een VL621 - 1.5mAh met 0,2mA max. charge current.

Arco

Special Member

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
fred101

Golden Member

Ik zit aan de eindkant van de tijd-lijn, ik heb nu een apparaat voor reparatie met een 20 jaar oude RTC. Ik haat die dingen want je weet nooit of je ze veilig kunt vervangen. Ik zou heel blij zijn met een apparaat dat een melding geeft en zo gemaakt is dat ik het ding ook veilig kan vervangen want ik weet niet wat ze in het geheugen zetten. Ik heb wel eens een reparatie gehad waarbij een nieuwe RTC alle problemen oploste.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Arco

Special Member

Ik haat die dingen want je weet nooit of je ze veilig kunt vervangen.

Extrend sat-ontvangers zijn ook zoiets. Als je daar de backup cel uithaalt, is het apparaat daarna onbruikbaar en moet terug naar de fabriek.
Hebben ze expres zo gedaan: men was bang voor 'reverse engineering' en dacht dat zo tegen te gaan. Niet echt 'user-friedly'...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Andere insteek: stel een timer in die aangeeft dat de batterij na 3 jaar vervangen moet worden. Of, als je het echt safe wil houden met het oog op slechte batterijen: na 1 jaar.

Wanneer er meerdere systemen in gebruik zijn is het handig om dit op alle systemen tegelijk te doen (bijvoorbeeld op datum) want dan kan je er in één keer bij langs in plaats van iedere maand weer één batterijtje te vervangen omdat er variatie in de batterijtjes zit.

Every machine is a smoke machine if you operate it wrong enough
fatbeard

Honourable Member

Awel, ik moet tot mijn schaamte bekennen dat de startpost niet geheel volledig was: de RTC moet het systeem inschakelen via een S/R flipflop en een P-FET, daarna neemt het systeem de voeding over. Uitschakelen gebeurt ook door de RTC.
Uiteraard kun je het ook tussentijds met drukknopjes doen.
Die flipflop loopt met zijn stroomverbruik van maximaal 200nA mee op de backup-batterij, die dat hele spulletje bijna 4 jaar kan voeden (en dan ben ik uitgegaan van 30% restcapaciteit).
Dus als de backup-batterij uitvalt terwijl het systeem uit staat (wat het merendeel van de tijd is) kan de flipflop de P-FET niet meer inschakelen: dead end.

Mede hierom is het zaak het stroomverbruik te beperken tot de 'geplande' 400nA (of daaromtrent) en is een 'early warning' wel wenselijk.
Er zijn RTCs die aan batterijbewaking doen, maar vanwege de opzet van het hele systeem heb ik twéé interrupt uitgangen nodig en ik heb zo'n RTC nog niet kunnen vinden...

Die SIP32508 ziet er veelbelovend uit en heeft verder geen componenten nodig, maar die SOT23-6 is alleen zo groooot ;)...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
Arco

Special Member

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Raspi met wifi of netwerk? Je kan de tijd van internet halen (ntp).

Arco

Special Member

Voor periodiek inschakelen kun je ook aan een nanotimer als de TPL5100 denken...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
fatbeard

Honourable Member

Op 13 november 2019 12:20:10 schreef Arco:
Is 1.1 * 1.1mm klein genoeg?... ;)
http://www.vishay.com/docs/62512/sip32472.pdf

Zeker. Die gaat in de bibliotheek met preferred components... _/-\o_ DANK _/-\o_

Die TPL5100 is ook een leuk ding, maar 1024 seconden is net ff meer dan 17 minuten en dat kan wel eens te weinig zijn (in mijn geval zeker). Los daarvan, de datasheet (BLUNDER!!) noemt in §7.3.3, tabel1 tijden tot 1024 seconden, terwijl één paragraaf verder (§7.4) slechts tijden tot 64 seconden worden genoemd...

@K7Jz: Het geval heeft wifi en haalt ook de exacte tijd op om zonodig de RTC bij te stellen. Maar om dat te kunnen doen moet-ie wel eerst wakker worden, m.a.w. de wekker moet afgaan. En daar is die backup-batterij dus voor...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
Totale beginner

Golden Member

Wellicht zal er een reden zijn waarom het niet gaat, maar ik gebruik bijvoorbeeld heel vaak de PCF2129. Dit is een RTC IC met een I2C register die je kan uitlezen waarop wordt gemeld dat de batterij bijna leeg is.

Op 13 november 2019 15:36:31 schreef fatbeard:
[...]
Zeker. Die gaat in de bibliotheek met preferred components... _/-\o_ DANK _/-\o_

Die TPL5100 is ook een leuk ding, maar 1024 seconden is net ff meer dan 17 minuten en dat kan wel eens te weinig zijn (in mijn geval zeker). Los daarvan, de datasheet (BLUNDER!!) noemt in §7.3.3, tabel1 tijden tot 1024 seconden, terwijl één paragraaf verder (§7.4) slechts tijden tot 64 seconden worden genoemd...

....

Ik lees hier 2 uur, 7200s:

http://www.ti.com/product/TPL5010-Q1

Arco

Special Member

Klopt,

Da's de 5010, niet de 5100...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
fatbeard

Honourable Member

Op 13 november 2019 16:02:14 schreef Totale beginner:
Wellicht zal er een reden zijn waarom het niet gaat, maar ik gebruik bijvoorbeeld heel vaak de PCF2129. Dit is een RTC IC met een I2C register die je kan uitlezen waarop wordt gemeld dat de batterij bijna leeg is.

Zelfs meerdere redenen: veel te groot (138mm² tegen 18mm²), te gulzig (470nA tegen 250nA), en slechts 1 alarm (ik heb twee alarmen met elk een eigen interrupt pin nodig).
Zoiets als de PCF85263TT1 dus, al geeft die geen batterij bijna leeg indicatie...
Deze is overigens niet geschikt voor mijn toepassing, omdat alarm 2 alleen op een weekdag kan worden ingesteld. In de DS1341 zijn beide alarmen in te stellen op een specifieke datum.

TPL5010: twee uur is leuk, maar niet genoeg.
Bovendien zijn dit soort timertjes niet flexibel genoeg voor mijn toepassing...

Na meer dan 50 datasheets te hebben uitgeplozen van verschillende fabrikanten begint het er op te lijken dat die DS1341 wel een hele goeie is qua alarmen en stroomverbruik. Verreweg de meeste RTCs verbruiken meer, hebben maar 1 alarm, maar 1 interrupt pin of sterk gereduceerde instelmogelijkheden voor de alarms.

Voor de geïnteresseerden: de RV5C387A en de R2223 (beiden van Ricoh) hebben twee alarmen, twee interrupt pinnen, een batterijcontrole circuit én zijn nog knap zuinig ook. Alleen de alarmen zijn wat beperkt: alarm 1 maximaal een week, alarm 2 maximaal een dag...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
elmowww

Golden Member

Heb je ook de RV-3028 (en broertjes/zusjes) bekeken? Volgens mij (niet heel zeker, vluchtig gekeken) heeft ie 2 interrupts (1x int, maar ook 1 clk die configureerbaar als interrupt zou moeten zijn).

Daarnaast nauwkeurig en 45nA. Zo te zien géén batterij monitoring.
4.8mm2

PA0EJE - www.eje-electronics.nl - e.jongerius[aapje]eje-electronics.nl - EJE Electronics - Elektronica/firmware ontwikkeling
rudig76

Golden Member

Wat ik mis naast dat er een batterij waarschuwing moet komen is de impact.
Hoe groot is de impact als het fout gaat?
Hoe lastig is de batterij te vervangen? En is dat makkelijker als je twee weken ervoor een waarschuwing krijgt?

Als je op een locatie zit waar je lastig bij kan bijv? Top van windmolen bijv. Dan zou je mij wel blij maken met tijdige waarschuwing. Of als daardoor de productie van een week werk niet verloren gaat. Ofwel welke impact heeft een en ander?

Iets heel anders :-) http://www.echteworst.nl
Arco

Special Member

Op 3 jaar tijd kun je niet met 2 weken precisie zeggen wanneer een cel leeg is, da's meer gokwerk...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
fatbeard

Honourable Member

Op 14 november 2019 18:27:57 schreef elmowww:
Heb je ook de RV-3028 (en broertjes/zusjes) bekeken? Volgens mij (niet heel zeker, vluchtig gekeken) heeft ie 2 interrupts (1x int, maar ook 1 clk die configureerbaar als interrupt zou moeten zijn).

Daarnaast nauwkeurig en 45nA. Zo te zien géén batterij monitoring.
4.8mm2

Heb ik, en in meer detail dan jij ;) :p
Het ding heeft maar één alarm (voor een maand programmeerbaar) en de clkout pin kan alleen dat doen wat de naam aangeeft: een kloksignaal genereren. En daar heb ik niet genoeg aan... Nadere details in de application manual.
De enige (ok, quickscan, het kunnen er meer zijn) die een alarm heeft waar je ook een jaartal in kan zetten is de RV-3129, maar ook die heeft maar één alarm.

@rudig76: Dat heb ik eerder verteld, maar ik ben de rotste niet (tweede plaats >:)):
Het systeem is een autonome klimaatsensor op basis van een RaspberryPi Zero die in zuid Frankrijk staat, met slechts enkele keren per jaar (heel onregelmatig) fysieke toegang. Meetgegevens worden via wifi verstuurd, de voeding is een 12Ah accu met een zonnepaneel(tje).

Het systeem wordt door de RTC zowel aan- als uitgezet om de accu te sparen: tijdens een meetsessie loopt er gemiddeld 50mA (100 piek) en zelfs in standby loopt er nog 11mA; in de uit-stand loop er alleen nog de lekstroom van de P-FET (minder dan 1µA).

Als de RTC batterij leeg raakt (wat hoogstwaarschijnlijk zal gebeuren als het systeem uit staat omdat de RTC door het systeem gevoed wordt als het aanstaat) kan het systeem niet meer autonoom inschakelen, wat schade tot gevolg kan hebben (door overladen) van de hoofd-accu. In de winter zal dat wel meevallen (weinig zon), maar in de zomer kan de accu overladen raken als het systeem niet meer wakker wordt.
Als het systeem wakker is kan het de accu-conditie meten en zonodig besluiten om wakker te blijven, extra belasting in te schakelen of zelfs het zonnepaneel los te koppelen als overlading dreigt.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
EricP

mét CE

Als ik dat zo lees... doet het niet echt pijn om je RTC gewoon uit de accu te voeden en 'aan' te laten.

Ik ken je zonnepaneel-met-regeling niet. Maar vroegah was het niet ongebruikelijk om er gewoon een shunt-regelaar over te zetten. Kom je boven de 13V8, dan gaan we lekker staan dissiperen. Dat zonnepaneel vindt dat niet erg. En de accu wordt er blij van.

Als ik je zo lees, ben je je heel erg aan het blind staren op een zo klein mogelijk verbruik. Op zich snap ik dat, maar het moet wel reëel zijn in verhouding tot wat er opgewekt wordt / verloren gaat aan zelfontlading / 'nuttig' gebruik. Voor mijn gevoel is die verhouding een beetje 'zoek'.
En eh... 'been there, done it'. Dus zeker niet vervelend ofzo bedoeld! :+

Shiptronic

Overleden

Waarom de batterij variant en niet de oplaadbare , zodat deze elke keer bij inschakelen weer bijgeladen word?

Wie de vraag stelt, zal met het antwoord moeten leren leven.
Arco

Special Member

Een 1225 zie je zelden in oplaadbaar model, zeker niet van een gerenommeerd merk. (de capaciteit zal ook beroerd zijn, misschien 12mA)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
fatbeard

Honourable Member

Op 14 november 2019 21:53:32 schreef EricP:
Als ik dat zo lees... doet het niet echt pijn om je RTC gewoon uit de accu te voeden en 'aan' te laten.
...
Als ik je zo lees, ben je je heel erg aan het blind staren op een zo klein mogelijk verbruik. Op zich snap ik dat, maar het moet wel reëel zijn in verhouding tot wat er opgewekt wordt / verloren gaat aan zelfontlading / 'nuttig' gebruik. Voor mijn gevoel is die verhouding een beetje 'zoek'.
En eh... 'been there, done it'. Dus zeker niet vervelend ofzo bedoeld! :+

Ah! Jij kent die Arabier van Frans-Ierse komaf* dus ook :+
Ik heb inderdaad de neiging om me te verliezen in details, die bij nadere beschouwing helemaal niet zo belangrijk zijn.

Uitgaande van 5% zelfontlading per maand kom ik bij een 7Ah accu op een 'interne lekstroom' van een dikke 40uA, de 250nA van de RTC valt daarbij weg achter de komma.
Een domme, low-IQ (pun intended) LDO zoals de TPS715 gebruikt zelf al 20 keer meer dan de RTC en nog steeds 10 keer minder dan de (berekende) zelfontlading. Ga ik wat testjes mee doen.

Voorlopig zet ik in op een P-FET om de ADC ingang af te koppelen.

* Bin d'Aire-Dunndad

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.