Когда в устройствах появились суперконденсаторы, поддерживающие работу часов и память настроек, ожидалось что они будут намного долговечнее батареек и прочих одноразовых элементов питания. Но вот пришлось столкнуться с отказом контроллера со встроенным RTC, поддерживаемым суперконденсатором 1F/5.5V. Конденсатор тот ELNA 1.0F 5.5V 1035. Диаметр 20 мм высота 7 мм.

Напомним, что ионистор это двухслойный конденсатор на основе активированного угля и алюминиевых электродов. Появились ещё в середине 1970-х. Срок службы 5…10 лет. Напряжение одиночного суперконденсатора не превышает 3 В, так что тут скорее всего поврежден один из двух последовательно соединенных.

Замерили напряжение на ионисторе – оно было около 2 В. Предположили, что контроллер несколько дней лежит без питания и суперконденсатор разрядился. Интересно, что выпаянный конденсатор после извлечения из ящика еще держит напряжение около 2 В. Подключили блок питания, через некоторое время замерили напряжение на конденсаторе и оно было 5 В, предположили что он заряжен нормально.

Но драйвер не сохранил настройки и встроенный RTC по прежнему не работал. Измерили напряжение после отключения питания и снова оно было около 2 В. Драйвер на микроконтроллере ATMega, поэтому ожидалось что падение напряжения до 2 В вызовет срабатывание встроенной схемы сброса. Микроконтроллер в состоянии сброса перестает потреблять повышенный ток, а напряжение на удерживающем конденсаторе останавливается на уровне около 2 В.

Схема представляет собой резистор, ограничивающий зарядный ток, и диод, отделяющий микроконтроллер от остальной схемы. У микроконтроллера был подключен один вывод перед диодом, это был датчик наличия питания, переключающийся в режим энергосбережения.

Актуаторы, транзисторы, оптопары или выходы микроконтроллера, периферия, также вызывали подозрение. Что-то, что получает энергию от конденсатора и разряжает ее во время работы при отключении электроэнергии.

В итоге выяснилось что поврежден сам ионистор! Он ведет себя так, как будто его ESR увеличилось до нескольких кОм. При зарядке напряжение на клеммах сразу увеличивается до 5 В. Но ток короткого замыкания конденсатора составляет 37 мкА, что приводит к медленному разряду его емкости. Падение напряжения на внутреннем сопротивлении и падение напряжения на выводах до 2 В вызывает сброс микроконтроллера.

Вообще ESR этих конденсаторов изначально высок, потому что они не являются, так сказать, энергетическими конденсаторами. Кроме того, максимальный ток зарядки и разрядки невелик. Из рекомендаций каталога NEC или Murata имеется схема, где даже в схеме с обратным диодом, включенным последовательно на 5 В, стоит ограничительный резистор.

Диагностика неисправности кажется более надежной не столько по измерению ESR, сколько по измерению зарядного тока как функции напряжения. Если один из конденсаторов поврежден, в диапазоне 2…3 В должен протекать гораздо больший ток, информируя о том, что эффективная часть конденсатора только что подверглась воздействию напряжения.

Изношенные конденсаторы – очень частая причина выхода из строя электронного оборудования. Поврежденный суперконденсатор же – в новинку, так как схемы с таким способом питания RTC появились сравнительно недавно и только сейчас начинают проявляться первые неполадки.

При комнатной температуре время потери 30% емкости составляет более 100 000 часов, то есть при работе более 10 лет остается еще примерно 70% начальной емкости.