RTC电池要不要串电阻？电阻阻值多少合适？
一、 摘要
现在几乎所有的电子产品都带rtc功能，因此rtc电池的寿命肯定是越长越好。
二、 问题描述
本案例是一个带rtc功能的工业产品，rtc部分的供电电路如下图，产品发往市场半年以后，就提示更换rtc电池，远远低于设计寿命5年。
图1 有问题的rtc电池供电电路
三、 原因分析
产品返回公司以后，我们更换上新的rtc电池，串联高精度万用表进去测量电流，发现rtc的工作电流高达100ua, 和我们设计的5ua有很大的差距。我们怀疑的点有：
1、二极管d3漏电流太大，设备断电时，通过d3倒流到系统的电源上；
2、rtc芯片影响，原来的rtc芯片为nxp-pcf8563p，手册描述备用电源时功耗为0.25ua；中途有更换国产rtc；
3、rtc电源线路上有漏电路，例如电容的漏电流；
4、电阻r71影响；
我们通过排除法，先排除d3，因为去除d3，电流只减小1ua左右；接着排除rtc电源上电容等漏电流，（关注公众号 硬件笔记本）因为去除电容电流依然有100ua左右。
将rtc芯片更换为nxp-pcf8563p。电流正常，大约只有4ua。接着我们换回国产rtc，同时将电阻更换为100r，则电流也正常，只有4ua左右。
于是我们引出两个疑问:
（1）rtc电源上的串联电阻多少合适？
（2）为何串联10k的限流电阻会导致rtc芯片不仅没有变小，反而电流增大？
1. rtc电源串联电阻阻值多少合适？
rtc电源上串联的电阻阻值在网络上的争论一直在，有人说0r，有人说1k、10k等各种阻值，但是能够理论讲清楚的基本没有。
首先我们 要明白这个电阻的目的：限流。参考各个厂商的一次性纽扣电池，以阳光动力的cr2025为例，其他品牌类似，厂家要求电池在任何情况下都不允许短路，否则有可能炸裂或者爆炸。因此，一旦发生后级短路时，限流电阻必须将电流限定在最大持续放电电流以内，运行产品工作不正常，但是不允许产品起火甚至爆炸。
因此该型号的限流电阻最小值为 r=v/i=3v/3ma=1kω；对于电池来说，电阻可以比该阻值大，但是不能比该阻值小。
图2 电池厂家的电池规格要求
2. 串联10k电阻为何电流变大 ？
回答问题前，我们先了解一下rtc芯片的特性：
（1）rtc芯片有两种工作模式，一种是正常工作模式，一种是备用电源工作模式，如下图，两者的供电电流可以相差200倍；
（2）每一种模式下，rtc芯片都可以理解为一个恒流源，比如电池模式需要1ua左右，正常模式需要200ua左右；
（3）rtc的芯片的电压范围非常广，可以在1.5v~5.5v之间都可以正常工作。
rtc芯片可以理解为一个电流源，串联一个10k的电阻，当流过电流为100ua时，在电阻上的压降将会达到1v，如果此时电池电压只有2.6v，则rtc芯片的工作电压只有1.6v，如果电池电压更小，rtc芯片获得的电压更低，由于rtc芯片工作电压范围很广，（关注公众号 硬件笔记本）但是需要的电流是基本不变的，为了获得足够的电流，rtc芯片可以理解为进一步降低阻抗，导致电流进一步加大。***可能在正常工作模式和备用电源模式之间的切换的逻辑不够清晰，导致使用电池的时候也进入正常工作模式。（此为猜测，没有从厂商的资料中找到根据）。
图3 rtc芯片的直流工作参数
四、 解决方案
经过上述分析可知，为了延长电池的寿命，主要降低rtc回路上的电流。回路上的损耗主要由：电阻、二极管、rtc芯片、电容。
1、rtc电池模式电流
目前大部分的厂家的rtc芯片在电池模式下可以做到几百na到1ua左右，因此rtc电流可以按照1ua进行估算。
2、二极管的漏电流
二极管的主要损耗在于漏电流，因此需要选择漏电流尽可能小的二极管，下图是bas70系列二极管的漏电流的曲线图，为例保守起见，也可以按照1ua进行估算。
图4 bas70系列二极管漏电流 /温度/电压曲线
3、电容损耗
电容的损耗主要也是体现在漏电流，rtc电池对电源要求不高，因此使用100nf的电容滤波即可，漏电流可以评估约0.5ua。
图5 常见陶瓷电容漏电流
4、电阻损耗
经过上述分析，总的电流=二极管漏电流+rtc芯片电流+电容漏电流=1ua+1ua+0.5ua=2.5ua。电阻一般可以选择1k。rtc芯片和电阻为串联关系。1k电阻1ua的压降 v=ir=1k*2.5ua=0.0025v，功率为p1=ui=0.0025v*1k=0.00625uw；rtc芯片的功率p2=ui=（3v-0.2v-0.0025v）*1ua=2.7975uw，电阻的损耗占比=p1/p2=0.089%，因此电阻的损耗基本可以忽略不计。
5、电池的寿命估算。
以阳光动力电池cr2025为例，电池自放电损失约每年1%，标称容量为150mah，上述案例的寿命评估
t=150mah*95%/（二极管漏电流1ua+rtc电流1ua+电容漏电流0.5ua）=57000h≈6.5年。
6、最终的解决方案
以阳光动力电池cr2025为例，二极管更换为更低漏电流1ua左右的bas70系列，电阻只串联在电池上，只防电池短路，限制电流在3ma。
图6 改善后的rtc供电电路
各项政策为石墨烯发展护航,爆发指日可待
世微AP5165智能过温保护降压型恒流芯片 DC/DC降压恒流驱动芯片 输入6-30V电流1.2A
如何格式化c盘
有意识的人工智能才是真正的人工智能
MacBook的Type-C接口有什么与众不同之处
RTC电池要不要串电阻？电阻阻值多少合适？
智能电网向泛在电力物联网过渡的两大本质介绍
乐声TC-29V2H彩电行幅增大并出现枕形失真
多网段水厂如何跨网段访问和IP隔离问题
PLC控制器和变频器技术在门机上的应用
一文全面解读新能源汽车动力电池技术
英特尔如何以数据驱动技术创新和应用突破
沃尔沃新型电动铰接式公交车,可降低80%的能耗
技嘉公布多款4K游戏显示器 微软发布新款 Surface Laptop4
变压器和稳压器的区别
艾可意欲在无人驾驶洗地机器人行业推出跟小米一样的革命
移动终端未来天线设计概述
如何使用HCI log调试经典蓝牙？
基于CMOS图像传感器实现快速实时的自适应曝光电路设计
遇到气动薄膜调节阀泄露时该如何处理
现在几乎所有的电子产品都带rtc功能，因此rtc电池的寿命肯定是越长越好。
二、 问题描述
本案例是一个带rtc功能的工业产品，rtc部分的供电电路如下图，产品发往市场半年以后，就提示更换rtc电池，远远低于设计寿命5年。
图1 有问题的rtc电池供电电路
三、 原因分析
产品返回公司以后，我们更换上新的rtc电池，串联高精度万用表进去测量电流，发现rtc的工作电流高达100ua, 和我们设计的5ua有很大的差距。我们怀疑的点有：
1、二极管d3漏电流太大，设备断电时，通过d3倒流到系统的电源上；
2、rtc芯片影响，原来的rtc芯片为nxp-pcf8563p，手册描述备用电源时功耗为0.25ua；中途有更换国产rtc；
3、rtc电源线路上有漏电路，例如电容的漏电流；
4、电阻r71影响；
我们通过排除法，先排除d3，因为去除d3，电流只减小1ua左右；接着排除rtc电源上电容等漏电流，（关注公众号 硬件笔记本）因为去除电容电流依然有100ua左右。
将rtc芯片更换为nxp-pcf8563p。电流正常，大约只有4ua。接着我们换回国产rtc，同时将电阻更换为100r，则电流也正常，只有4ua左右。
于是我们引出两个疑问:
（1）rtc电源上的串联电阻多少合适？
（2）为何串联10k的限流电阻会导致rtc芯片不仅没有变小，反而电流增大？
1. rtc电源串联电阻阻值多少合适？
rtc电源上串联的电阻阻值在网络上的争论一直在，有人说0r，有人说1k、10k等各种阻值，但是能够理论讲清楚的基本没有。
首先我们 要明白这个电阻的目的：限流。参考各个厂商的一次性纽扣电池，以阳光动力的cr2025为例，其他品牌类似，厂家要求电池在任何情况下都不允许短路，否则有可能炸裂或者爆炸。因此，一旦发生后级短路时，限流电阻必须将电流限定在最大持续放电电流以内，运行产品工作不正常，但是不允许产品起火甚至爆炸。
因此该型号的限流电阻最小值为 r=v/i=3v/3ma=1kω；对于电池来说，电阻可以比该阻值大，但是不能比该阻值小。
图2 电池厂家的电池规格要求
2. 串联10k电阻为何电流变大 ？
回答问题前，我们先了解一下rtc芯片的特性：
（1）rtc芯片有两种工作模式，一种是正常工作模式，一种是备用电源工作模式，如下图，两者的供电电流可以相差200倍；
（2）每一种模式下，rtc芯片都可以理解为一个恒流源，比如电池模式需要1ua左右，正常模式需要200ua左右；
（3）rtc的芯片的电压范围非常广，可以在1.5v~5.5v之间都可以正常工作。
rtc芯片可以理解为一个电流源，串联一个10k的电阻，当流过电流为100ua时，在电阻上的压降将会达到1v，如果此时电池电压只有2.6v，则rtc芯片的工作电压只有1.6v，如果电池电压更小，rtc芯片获得的电压更低，由于rtc芯片工作电压范围很广，（关注公众号 硬件笔记本）但是需要的电流是基本不变的，为了获得足够的电流，rtc芯片可以理解为进一步降低阻抗，导致电流进一步加大。***可能在正常工作模式和备用电源模式之间的切换的逻辑不够清晰，导致使用电池的时候也进入正常工作模式。（此为猜测，没有从厂商的资料中找到根据）。
图3 rtc芯片的直流工作参数
四、 解决方案
经过上述分析可知，为了延长电池的寿命，主要降低rtc回路上的电流。回路上的损耗主要由：电阻、二极管、rtc芯片、电容。
1、rtc电池模式电流
目前大部分的厂家的rtc芯片在电池模式下可以做到几百na到1ua左右，因此rtc电流可以按照1ua进行估算。
2、二极管的漏电流
二极管的主要损耗在于漏电流，因此需要选择漏电流尽可能小的二极管，下图是bas70系列二极管的漏电流的曲线图，为例保守起见，也可以按照1ua进行估算。
图4 bas70系列二极管漏电流 /温度/电压曲线
3、电容损耗
电容的损耗主要也是体现在漏电流，rtc电池对电源要求不高，因此使用100nf的电容滤波即可，漏电流可以评估约0.5ua。
图5 常见陶瓷电容漏电流
4、电阻损耗
经过上述分析，总的电流=二极管漏电流+rtc芯片电流+电容漏电流=1ua+1ua+0.5ua=2.5ua。电阻一般可以选择1k。rtc芯片和电阻为串联关系。1k电阻1ua的压降 v=ir=1k*2.5ua=0.0025v，功率为p1=ui=0.0025v*1k=0.00625uw；rtc芯片的功率p2=ui=（3v-0.2v-0.0025v）*1ua=2.7975uw，电阻的损耗占比=p1/p2=0.089%，因此电阻的损耗基本可以忽略不计。
5、电池的寿命估算。
以阳光动力电池cr2025为例，电池自放电损失约每年1%，标称容量为150mah，上述案例的寿命评估
t=150mah*95%/（二极管漏电流1ua+rtc电流1ua+电容漏电流0.5ua）=57000h≈6.5年。
6、最终的解决方案
以阳光动力电池cr2025为例，二极管更换为更低漏电流1ua左右的bas70系列，电阻只串联在电池上，只防电池短路，限制电流在3ma。
图6 改善后的rtc供电电路
各项政策为石墨烯发展护航,爆发指日可待
世微AP5165智能过温保护降压型恒流芯片 DC/DC降压恒流驱动芯片 输入6-30V电流1.2A
如何格式化c盘
有意识的人工智能才是真正的人工智能
MacBook的Type-C接口有什么与众不同之处
RTC电池要不要串电阻？电阻阻值多少合适？
智能电网向泛在电力物联网过渡的两大本质介绍
乐声TC-29V2H彩电行幅增大并出现枕形失真
多网段水厂如何跨网段访问和IP隔离问题
PLC控制器和变频器技术在门机上的应用
一文全面解读新能源汽车动力电池技术
英特尔如何以数据驱动技术创新和应用突破
沃尔沃新型电动铰接式公交车,可降低80%的能耗
技嘉公布多款4K游戏显示器 微软发布新款 Surface Laptop4
变压器和稳压器的区别
艾可意欲在无人驾驶洗地机器人行业推出跟小米一样的革命
移动终端未来天线设计概述
如何使用HCI log调试经典蓝牙？
基于CMOS图像传感器实现快速实时的自适应曝光电路设计
遇到气动薄膜调节阀泄露时该如何处理