Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Supercap oder CR2032, GPS oder DCF77?


von Bauform B. (bauformb)


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Gutes Neues!

letztes Jahr war noch alles klar geregelt: Zeit kommt aus einem RTC-Chip 
mit TCXO, dazu noch ein DCF-Empfänger. Wenn die eingelötete Batterie 
leer ist, muss das Gerät repariert werden. Das passiert dank >1Ah nach 
10 bis 20 Jahren und jeder ist zufrieden.

Formal ist das nicht mehr erlaubt, der Benutzer muss die Batterie leicht 
wechseln können. Damit kommt praktisch nur noch die CR2032 in Frage. 
Größere gibt es nicht im Supermarkt, oder, noch schlimmer, sie sind 
nicht wirklich kompatibel.

Mal angenommen, ein Supercap müsste dank Gesetzeslücke nicht wechselbar 
sein. Laut Gerüchten aus dem Internet hält der aber nicht so lange wie 
eine CR2032, nur zwei Trends sind klar: weniger Spannung und weniger 
Temperatur helfen.

Eaton verspricht für ihre PHVL 5000 Stunden bei 85°C oder 2 Jahre bei 
65°C, jeweils bei 3.9V. Zwecks fairem Vergleich mit der CR2032 laden wir 
nur bis 3.0V. Ein altes WIMA-Datenblatt sagt 0.3V weniger oder 30 Grad 
kälter = 10-fache Lebensdauer. Das wären schon mal 2000 Jahre.

Selbst mit nur doppelter Lebensdauer pro 0.3V sind es noch 16 Jahre bei 
65°C. Das sollte die CR2032 aus dem Supermarkt auch noch schaffen -- 
wenn der Strom meistens aus der Steckdose kommt. Allerdings fällt die 
komplett aus, während der Supercap noch 70% der Nennkapazität hat.

Wer findet den Fehler?

Eine einfachere Frage: sind Supercaps und Goldcaps grundverschieden? 
Ungefähr so: Goldcaps haben mehr als 10 Ohm und brauchen eher Tage als 
Stunden bis sie voll geladen sind. Supercaps haben weniger als 1 Ohm und 
verhalten sich wie normale Elkos?

Natürlich geht ein Supercap nur mit GPS, DCF oder NTP. Wobei die gerade 
nach einem Kaltstart möglichst schnell die gültige Zeit liefern müssen. 
Mein u-blox 7 blieb bei 41 Versuchen immer unter 4 Minuten, 28x unter 2 
Minuten. Und das drinnen zwischen Schaltnetzteilen und PCs. Brauche ich 
Versuche über mehrere Tage oder sind die so schnell?

Was sagt "der Benutzer" dazu? Braucht man eine RTC mit TCXO und eine 
dicke Batterie oder tut es die interne vom uC mit Supercap auch?

von Jörg R. (solar77)


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Bauform B. schrieb:
> Wer findet den Fehler?

Sehr viel verwirrende Prosa.


Bauform B. schrieb:
> Damit kommt praktisch nur noch die CR2032 in Frage.
> Größere gibt es nicht im Supermarkt, oder, noch schlimmer, sie sind
> nicht wirklich kompatibel.

Weißt Du wofür das 2032 steht?

von Gerd E. (robberknight)


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Was spricht gegen CR2032 kombiniert mit einem guten RTC-Chip?

Z.B. Micro Crystal RV-8803-C7. Mit +-3ppm über -40 bis +85°C kann der 
sogar ne gute Weile ohne NTP oder GPS auskommen.

Der braucht nur 240nA und läuft bis 1,5V runter. Nehmen wir mal an die 
CR2032 hat 230mAh, dann läuft die damit theoretisch 109 Jahre. Also im 
Grunde zählt nur die Selbstendladung der CR2032, das dürften in der 
Praxis gut über 10 Jahre sein.

von Mani W. (e-doc)


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Bauform B. schrieb:
> Wer findet den Fehler?

Ein Kondensator wird niemals die Ladung über einige Jahre halten,
deshalb ist Deine Frage ein Schwachsinn!

Egal ob Batterie oder Supercap, von Selbstentladung hast Du noch
nichts gehört?

Bauform B. schrieb:
> Eine einfachere Frage: sind Supercaps und Goldcaps grundverschieden?
> Ungefähr so: Goldcaps haben mehr als 10 Ohm und brauchen eher Tage als
> Stunden bis sie voll geladen sind. Supercaps haben weniger als 1 Ohm und
> verhalten sich wie normale Elkos?

Woher stammt dieser Schwachsinn?

von Mani W. (e-doc)


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Jörg R. schrieb:
> Weißt Du wofür das 2032 steht?

Scheinbar nicht!

20 mm ist der Durchmesser, 3,2 mm Dicke...

Also 2032...

von Hannes J. (pnuebergang)


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Bauform B. schrieb:
> Formal ist das nicht mehr erlaubt, der Benutzer muss die Batterie leicht
> wechseln können.

Ist das so? Wenn das so ist, dann würde ich als juristischer Laie aus 
"leicht wechseln können" nicht heraus lesen dass eine Ersatzbatterie 
leicht zu bekommen sein muss. Nur, dass wenn der Benutzer eine 
Ersatzbatterie hat, er den Austausch leicht selber vornehmen kann.

> Größere gibt es nicht im Supermarkt,

Aus "leicht wechseln können" würde ich als juristischer Laie auch nicht 
raus interpretieren dass die Batterie im Supermarkt erhältlich sein 
muss.

> Wer findet den Fehler?

Ich habe das Gefühl dass ihr da irgendwas falsch interpretiert. Original 
der Vorschrift besorgen, echten juristischen Rat einholen wie sie 
wirklich zu interpretieren ist. Nicht auf irgendwelche Scheißhausparolen 
aus dem Internet hören.

von Bauform B. (bauformb)


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Gerd E. schrieb:
> Was spricht gegen CR2032 kombiniert mit einem guten RTC-Chip?
> Z.B. Micro Crystal RV-8803-C7.

Nicht viel. Der hat keinen VBAT-Pin und merkt deshalb nicht, wenn die 
3.3V abgeschaltet werden und damit die I2C Pull-Up. Eine Flanke auf SDA 
und SCL gleichzeitig ist nicht definiert.
Er braucht er ziemlich viel Hühnerfutter, weil die Spannung an SDA und 
SCL nicht größer als VDD werden darf. Auch dann nicht, wenn die 3.3V bei 
leerer Batterie eingeschaltet werden. Die Bedingung "VDD rising slew 
rate at initial power on reset: 0.1 ... 1 V/ms" macht das auch nicht 
einfacher. Man braucht zwei ziemlich große Kondensatoren mit wenig 
Leckstrom.


Mani W. schrieb:
> Bauform B. schrieb:
>> Eine einfachere Frage: sind Supercaps und Goldcaps grundverschieden?
>> Ungefähr so: Goldcaps haben mehr als 10 Ohm und brauchen eher Tage als
>> Stunden bis sie voll geladen sind. Supercaps haben weniger als 1 Ohm und
>> verhalten sich wie normale Elkos?
>
> Woher stammt dieser Schwachsinn?

https://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor
besonders Abschnitt 6 Electrical parameters


Hannes J. schrieb:
> Bauform B. schrieb:
>> Formal ist das nicht mehr erlaubt, der Benutzer muss die Batterie leicht
>> wechseln können.
>
> Ist das so? Wenn das so ist, dann würde ich als juristischer Laie aus
> "leicht wechseln können" nicht heraus lesen dass eine Ersatzbatterie
> leicht zu bekommen sein muss.

Damit mögen sich die Anwälte beschäftigen. Als Techniker möchte man doch 
ein benutzerfreundliches und langlebiges Gerät bauen. Wenn ich schon 
alles rund um die RTC in Frage stelle, muss ich doch auch die Grenzen in 
der Richtung erkunden.

von Mani W. (e-doc)


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Bauform B. schrieb:
>> Woher stammt dieser Schwachsinn?
>
> https://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor
> besonders Abschnitt 6 Electrical parameters

Da steht aber:

Die Selbstentladungszeit des Superkondensators wird in Stunden, Tagen 
oder Wochen angegeben. Als Beispiel gibt ein 5,5 V/F Panasonic 
"Goldkondensator" für einen Doppelzellenkondensator einen 
Spannungsabfall bei 20 °C von 5,5 V auf 3 V in 600 Stunden (25 Tage oder 
3,6 Wochen) an. [90]

von Gerd E. (robberknight)


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Bauform B. schrieb:
>> Z.B. Micro Crystal RV-8803-C7.
>
> Nicht viel. Der hat keinen VBAT-Pin und merkt deshalb nicht, wenn die
> 3.3V abgeschaltet werden und damit die I2C Pull-Up. Eine Flanke auf SDA
> und SCL gleichzeitig ist nicht definiert.
> Er braucht er ziemlich viel Hühnerfutter, weil die Spannung an SDA und
> SCL nicht größer als VDD werden darf. Auch dann nicht, wenn die 3.3V bei
> leerer Batterie eingeschaltet werden.

Das sollte eine Doppeldiode einfach lösen können. Ich habe bei mehreren 
Projekten eine BAS70-05 verwendet. Funktioniert problemlos.

Siehe u.a. App. Manual, Kapitel 8 Typical Application Circuit.

> Die Bedingung "VDD rising slew
> rate at initial power on reset: 0.1 ... 1 V/ms" macht das auch nicht
> einfacher.

Das betrifft wenn ich das richtig sehe nur CLKOUT. Das ist bei 
Batteriebetrieb aber eh aus. Siehe 7.5 Backup and Recovery im App. 
Manual.

Es gibt von Micro Crystal alternativ noch den RV-3032-C7. Der hat einen 
separaten Vbackup-Pin und braucht daher keine Diode etc.

von Bauform B. (bauformb)


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Mani W. schrieb:
>> https://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor
>> besonders Abschnitt 6 Electrical parameters
>
> Da steht aber:...

Na ja, Wikipedia halt... Ein Hersteller selbst schreibt auf Seite 5 (pdf 
S.7)
1
It should be noted that if the charging time is limited to
2
only several minutes, or the charging source is current limited,
3
the Electric double layer capacitor may not be sufficiently
4
charged to provide the required backup energy for the time needed.
https://industrial.panasonic.com/content/data/CP/PDF/Electric_Double/EDLC_TechnicalGuide_e.pdf

Der andere sagt es ganz deutlich
1
Double layer capacitors require many
2
hours to fully charge (100+ Hours)
Double Layer Capacitors Guideline, Seite 7
https://www.niccomp.com/resource/technical.php

von Mani W. (e-doc)


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Ich denke, es ist sinnlos, mit Dir weiter zu diskutieren...

von Frank K. (fchk)


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Bauform B. schrieb:

> Formal ist das nicht mehr erlaubt, der Benutzer muss die Batterie leicht
> wechseln können.

Primärquelle für diese Behauptung?

> Damit kommt praktisch nur noch die CR2032 in Frage.
> Größere gibt es nicht im Supermarkt, oder, noch schlimmer, sie sind
> nicht wirklich kompatibel.

Der Fachhandel hält auch CR2477 mit 1Ah bereit. Problemlos lieferbar.
Z.B.

https://www.reichelt.de/lithium-knopfzelle-3-v-1000-mah-24-5x7-7-mm-cr-2477n-ren-p105213.html?&nbc=1

Alternativ gibts beispielsweise die CR123A mit 1.4Ah.
Z.B.

https://www.reichelt.de/lithium-batterie-cr123a-1400-mah-1er-pack-070cr123aec1-p290514.html?&nbc=1

Wo ist das Problem? Die Batterien in Deinem Hörgerät oder Deiner 
Armbanduhr bekommst Du auch eher selten beim Discounter.

fchk

von Bauform B. (bauformb)


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Gerd E. schrieb:
>> Die Bedingung "VDD rising slew
>> rate at initial power on reset: 0.1 ... 1 V/ms" macht das auch nicht
>> einfacher.
>
> Das betrifft wenn ich das richtig sehe nur CLKOUT. Das ist bei
> Batteriebetrieb aber eh aus. Siehe 7.5 Backup and Recovery im App.
> Manual.
> Es gibt von Micro Crystal alternativ noch den RV-3032-C7.

Ja, man kann es so interpretieren. Beim RV-3032 heißt es "The following 
Figure describes the power on AC electrical characteristics for the 
CLKOUT pin.". Auf den ersten Blick ist das eindeutig(er). Aber wenn man 
"following Figure" wörtlich nimmt, gilt die Tabelle unter dem Bild 
generell. Bzw. man verlässt sich im Bild auf die Bedingungen aus der 
Tabelle.

Warum ich dabei so misstrauisch bin: diese RTCs haben alle ein EEPROM 
mit den Abgleichdaten für die Temperaturkompensation. Die Daten werden 
beim Power On Reset in Register kopiert. Wenn der Reset nicht richtig 
funktioniert...

Genau dieses EEPROM vom RV-3032-C7 hat überhaupt den Stein ins Rollen 
gebracht. In dem App.Manual steht nämlich die ganze grausame Wahrheit:
1
tRET Data retention time, TA = 55°C (average): 10 years
Wenn die Batterie länger hält als der Chip verzichtet man auf das 
EEPROM. Wenn man kein EEPROM haben kann, bekommt man keinen TCXO. Ohne 
TCXO lohnt sich keine Backup-Batterie für Monate oder Jahre. Dann reicht 
auch die uC-interne RTC und ein Supercap. Einziger(?) Nachteil: GPS o.ä. 
braucht man zwar immer, aber dann muss das schnell gehen. Aber auch nur 
bei der ersten Inbetriebnahme oder bei wochenlangem Ersatzteilmangel 
oder?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Bauform B. schrieb:
> Ungefähr so: Goldcaps haben mehr als 10 Ohm und brauchen eher Tage als
> Stunden bis sie voll geladen sind. Supercaps haben weniger als 1 Ohm und
> verhalten sich wie normale Elkos?

Wenn man mal von den markenspezifischen Feinheiten absieht, kommt das 
ungefähr hin. Goldcap ist ein Markenname von Panasonic/Matsushita und 
'Supercap' wird im allgemeinen für die dicken Becher mit viel 
Kurzschlussstrom verwendet.
Verwirrend ist eigentlich nur, das NEC damals mal den Begriff 
'Supercapacitor' für die kleinen Speichercaps aka. Goldcap benutzt hat.

von Mani W. (e-doc)


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Bauform B. schrieb:
> Goldcaps haben mehr als 10 Ohm und brauchen eher Tage als
> Stunden bis sie voll geladen sind.

Blödsinn!

Wieviel GigaFarad sollten es sein bei so vielen Stunden oder Tagen?

von Harald W. (wilhelms)


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Bauform B. schrieb:

> Eine einfachere Frage: sind Supercaps und Goldcaps grundverschieden?

Statt dieser beiden Namen, die von Herstellern kreiert wurden,
benutzt Du besser den Namen Doppelschichtkondensator, der die
Technologie beschreibt. Solche Kondensatoren werden von ver-
schiedenen Herstellern mit unterschiedlichen Daten hergestellt.
Im Endeffekt hilft da nur ein Blick ins Datenblatt. Übrigens
kann man Kondensatoren und Primärzellen nur schlecht mitein-
ander vergleichen. Erstere liefern bei Entladung eine laufend
abfallende Spannung während letztere eine während der Entla-
dung mehr oder weiger konstante Spannung liefern.

von oszi40 (Gast)


Angehängte Dateien:

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Dein Problem ist eher, wie schnell der C oder die CR2032 od. ... leer 
wird, wenn der nicht die Selbstentladung, sondern der ERNSTFALL 
eintritt. Deine Baugruppe könnte auch x Jaaahre als Ersatzteil im Regal 
liegen, bevor sie eingebaut wird?

von Bauform B. (bauformb)


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Frank K. schrieb:
> Bauform B. schrieb:
>
>> Formal ist das nicht mehr erlaubt, der Benutzer muss die Batterie leicht
>> wechseln können.
>
> Primärquelle für diese Behauptung?

Meine Interpretation vom §4 ElektroG, Produktkonzeption
Ja, da steht umweltverträgliche Entsorgung. Aber ein Gerät, das der 
Benutzer selbst "reparieren" kann, mit einem Ersatzteil aus dem 
Supermarkt, muss garnicht entsorgt werden. Das ist doch der ganze Plan 
dabei. Vor allem finde ich nett, dass das tatsächlich ein deutsches 
Gesetz ist und nicht nur eine EU-Verordnung.


oszi40 schrieb:
> Dein Problem ist eher, wie schnell der C oder die CR2032 od. ... leer
> wird, wenn der nicht die Selbstentladung, sondern der ERNSTFALL
> eintritt. Deine Baugruppe könnte auch x Jaaahre als Ersatzteil im Regal
> liegen, bevor sie eingebaut wird?

Das ist tatsächlich passiert. Die Uhr ging beim Einbau um 4 Jahre nach. 
Das war noch ein PCF8583P mit einem 2-Bit Register für das Jahr :)
Aber für solche Fälle dürfte der Supercap klar im Vorteil sein. Auch 
eine dicke Batterie hilft dem Benutzer nichts, die Uhr muss nach langer 
Zeit ja sowieso gestellt werden.

von bingo (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Es gibt von Micro Crystal alternativ noch den RV-3032-C7. Der hat einen
> separaten Vbackup-Pin und braucht daher keine Diode etc.

Microcrystal hat noch mehr in der Schublade:

RV-3028-C7 
https://www.microcrystal.com/en/products/real-time-clock-rtc-modules/rv-3028-c7/

- Extreme low power consumption: 45 nA @ 3 V.
- Wide operating voltage range: 1.1 V to 5.5 V.
- Time accuracy: Factory calibrated to ±1 ppm @ 25°C

von Jobst M. (jobstens-de)


Angehängte Dateien:

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Bauform B. schrieb:
> Nicht viel. Der hat keinen VBAT-Pin und merkt deshalb nicht, wenn die
> 3.3V abgeschaltet werden und damit die I2C Pull-Up. Eine Flanke auf SDA
> und SCL gleichzeitig ist nicht definiert.

Deshalb verschaltet man ja auch die Batterie entsprechend, dass diese 
Leitungen für den Chip H bleiben. Das hat man in den 80ern schon so mit 
Batteriegestütztem RAM und seinen Enable-Leitungen gemacht.

Ist jetzt nicht so der Aufwand ...

Gruß
Jobst

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