干貨｜RTC電池壽命探討，才半年就要換電池？

電子工程世界 2022-11-28 07:30

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一、?摘要

現在幾乎所有的電子產品都帶RTC功能，因此RTC電池的壽命肯定是越長越好。

二、?問題描述

本案例是一個帶RTC功能的工業產品，RTC部分的供電電路如下下圖，產品發往市場半年以后，就提示更換RTC電池，遠遠低于設計壽命5年。

圖1-有問題的RTC電池供電電路

三、?原因分析

產品返回公司以后，我們更換上新的RTC電池，串聯高精度萬用表進去測量電流，發現RTC的工作電流高達100uA, 和我們設計的5uA有很大的差距。我們懷疑地點有：

1、二極管D3漏電流太大，設備斷電時，通過D3倒流到系統的電源上。

2、RTC芯片影響，原來的RTC芯片為NXP-PCF8563P，手冊描述備用電源時功耗為0.25uA；中途有更換國產RTC；

3、RTC電源線路上有漏電路，例如電容的漏電流

4、電阻R71影響。

我們通過排除法，先排除D3，因為去除D3，電流只減小1uA左右；接著排除RTC電源上電容等漏電流，因為去除電容電流依然有100uA左右。

將RTC芯片更換為NXP-PCF8563P。電流正常，大約只有4uA。接著我們換回國產RTC，同時將電阻更換為100R，則電流也正常，只有4uA左右。

于是我們引出兩個疑問:

（1）RTC電源上的串聯電阻多少合適？

（2）為何串聯10K的限流電阻會導致RTC芯片不僅沒有變小，反而電流增大；

1. RTC電源串聯電阻阻值多少合適？

RTC電源上串聯的電阻阻值在網絡上的爭論一直在，有人說0R，有人說1K、10K等各種阻值，但是能夠理論講清楚的基本沒有。

首先我們要明白這個電阻的目的：限流。參考各個廠商的一次性紐扣電池，以陽光動力的CR2025為例，其他品牌類似，廠家要求電池在任何情況下都不允許短路，否則有可能炸裂或者爆炸。因此，一旦發生后級短路時，限流電阻必須將電流限定在最大持續放電電流以內，運行產品工作不正常，但是不允許產品起火甚至爆炸。

因此該型號的限流電阻最小值為 R=V/I=3V/3mA=1KΩ；對于電池來說，電阻可以比該阻值大，但是不能比該阻值小。

圖2-電池廠家的電池規格要求

2. 串聯10K電阻為何電流變大？

回答問題前，我們先了解一下RTC芯片的特性：

（1）、RTC芯片有兩種工作模式，一種是正常工作模式，一種是備用電源工作模式，如下圖，兩者的供電電流可以相差200倍；

（2）、每一種模式下，RTC芯片都可以理解為一個恒流源，比如電池模式需要1uA左右，正常模式需要200uA左右；

（3）、RTC的芯片的電壓范圍非常廣，可以在1.5V~5.5V之間都可以正常工作。

RTC芯片可以理解為一個電流源，串聯一個10K的電阻，當流過電流為100uA時，在電阻上的壓降將會達到1V，如果此時電池電壓只有2.6V，則RTC芯片的工作電壓只有1.6V，如果電池電壓更小，RTC芯片獲得的電壓更低，由于RTC芯片工作電壓范圍很廣，但是需要的電流是基本不變的，為了獲得足夠的電流，RTC芯片可以理解為進一步降低阻抗，導致電流進一步加大。國產芯片可能在正常工作模式和備用電源模式之間的切換的邏輯不夠清晰，導致使用電池的時候也進入正常工作模式。（此為猜測，沒有從廠商的資料中找到根據）。