實時時鐘DS1302與超級電容

         Dallas半導體公司的DS1302涓流充電時鐘芯片是一個可編程3線串行接口時鐘芯片，可用超級電容或可充電電池備份系統(tǒng)的時間和日期，還提供31字節(jié)的非易失SRAM用于數(shù)據(jù)存儲。由DS1302和超級電容構(gòu)成的電源備份電路如圖1所示，DS1302的VCC2接主電源，VCC1接超級電容正極。針對不同的電源備份系統(tǒng)，如可充電的鎳氫電池、鎳鎘電池，還有容量不同的超級電容，DS1302專門提供了可編程涓流充電電路，以適應(yīng)不同的充電電流要求，充電電路如圖2所示。
         通過設(shè)置電路內(nèi)的DS和RS控制位，可設(shè)置不同的最大充電電流IMAX。例如控制字是10100101，則表示選通了一只二極管，同時選通阻值為2kΩ的R1，IMAX計算公式如式1，式中的VDrop是二極管的電壓降。

IMAX=(VCC2-n·VDrop)/R n=1,2 (1)
表1列出了IMAX計算值，對應(yīng)VCC2的值是4.5V、5.0V、5.5V，有1只二極管和2只二極管兩種情況，電阻值為2kΩ、42kΩ和82kΩ。

充電過程
         作為電源備份的元件，超級電容的充、放電特性是關(guān)注的重點，結(jié)合DS1302的可編程充電電路，在下面給出充電時電壓V(t)及電流I(t)與時間的函數(shù)及放電時電壓V(t)與時間的函數(shù)。
超級電容端電壓與時間的函數(shù)可表示為式2。
V(t)=VMAX [1-e(-t/RC)] (2)
         V(t)為超級電容端電壓，VMAX等于VCC2減去n·VDrop，R為內(nèi)部涓流充電電阻，C是超級電容的容量。超級電容兩端電壓充電到VMAX的95%所需時間見表2。
充電電流與時間的函數(shù)可表示為式3。
I(t)=VMAX/R·e(-t/RC) (3)
I(t)為充電電流。
超級電容充電特性曲線如圖3所示。

放電過程
         要知道DS1302使用超級電容放電的時間，則需要了解DS1302的特性參數(shù)ICC1T(時間保持電流)，ICC1T呈線性變化，這意味著DS1302可以表示為阻性負載RL，超級電容通過此負載來放電。根據(jù)DS1302數(shù)據(jù)手冊，在VCC1為2.5V時，ICC1T為0.3μA，這樣RL約為8.3MΩ。在不考慮超級電容自放電影響的情況下，超級電容放電特性可表示為式4。
V(t)=VMAX·e(-t/RLC) (4)
RL為DS1302負載阻抗。電容放電至2V，根據(jù)上面公式計算的放電時間值見表3。
超級電容放電電壓特性曲線見圖4。
本文介紹了實時時鐘DS1302與超級電容的應(yīng)用實例，有助于設(shè)計人員使用超級電容完成時鐘保持、數(shù)據(jù)保持等電路的設(shè)計。