ST NVRAM 和实时时钟（RTC）产品中使用的电池技术

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STMCU小助手发布时间：2022-12-6 15:35

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文章简介:	ST NVRAM 和实时时钟（RTC）产品中使用的电池技术

前言
意法半导体在其 ZEROPOWER® 和 TIMEKEEPER® NVRAM 器件与实时时钟 (RTC) 器件中使用了锂 — 氟化碳 (LiCFx) 电池。这些电池提供备用电力，以维持 TIMEKEEPER 和串行RTC 器件中静态 RAM 阵列并使振荡器保持运行。
当放电率低时，这些一次性锂电池能够使电压水平多年保持高度可靠。因此，锂电池非常适合需要备用电池且多年无需维护的各种应用。
为了能够用于电子元件，这些电池的成分必须无毒、无腐蚀且无爆炸性。而且它们必须从放电前到放电后保持化学和热学稳定。意法半导体使用 48 mAh BR1225X 与 120 mAhBR1632 电池。这些电池的电解液（参见图 1）主要是有机溶剂，而不是大多数常规电池中的腐蚀性碱性或酸性溶液。这极大地提高了电池的防泄漏性能，而且减少了泄漏造成的有害影响。

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特征描述与建模
意法半导体已针对这些电池开展广泛的测试，其中大部分是破坏性测试。对电池退化的三种主要机制进行建模，了解在各种负载、温度（高达 85°C）和其它环境变量下的影响：
 电池的有效使用寿命取决于锂阳极的消耗。
 电池的存储寿命取决于电解液干涸（蒸发）的情况。
 自放电效果，由电池化学性质固有的少量电流泄漏而造成。
重量损耗被证明是电解液蒸发的最佳度量方式。电池制造商所指定的自放电程度必须低于每年 0.3%。
然后研发出模型来预测电解液的损耗率以及预测电池封装所造成的影响。电池测试表明，当以 SNAPHAT 工艺将电解质封装在环氧材料中时，电解液的蒸发显著降低。

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图 3 示出了 20 °C 时的负载放电图。如图所示，两个电池均可产生标称的 3V 输出，在有效寿命结束前的放电曲线平坦，因此可确定这两种电池均适用于作为低漏电 CMOS SRAM 的备用电池。
如 AN1012 所述，各个 ZEROPOWER、 TIMEKEEPER 和 RTC 器件的电池寿命由电流负载、所选电池类型和系统占空比所决定。即使占空比达到 100%，系统寿命仍大于 10 年，这是各个器件在数据手册上的规定。

UL 1950/60950 验证
所有 ZEROPOWER, TIMEKEEPER 和 RTC 器件均获得保险商实验室公司 UL 1950/60950规格的认可。该规格下的验收条件包括以下条目：
1. 该器件用作电池替换组件，替换操作可由操作员或者经过培训的技术员来完成。
2. 该器件用作低压、绝缘、次级电路上的组件；其中外壳温度不超过 100°C，任何针脚上相对地面的电压均不超过 7 VDC。
3. 该器件用于安装在印刷电路板上，最低阻燃性为 94 V-1。
4. 该器件配备合适的片上反向电流保护电路。（请参见图 3 所示的电路图。）

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NVRAM 和串行 RTC 的电池状态。
对于表 1 和 2 所列的器件，电池既可在 IC 封装的外部，也可置于封装内部。对于将电池置于外部的情况，既可使用用户自备的电池，也可使用意法半导体 SNAPHAT 封装中提供的与体层 IC 配套的电池，如图 6 第 6 页所述。
图 4 示出了配备集成电池的 CAPHAT IC 封装。该封装中的电池封装在器件内部。
图 5 是几种 IC 封装的典型示意，这些封装方式均采用用户自备的外部电池。这些都不是将电池包含在 IC 封装中的器件类型。
图 6 第 6 页示出了意法半导体的 SNAPHAT SOH28 (SOIC) 封装方式，配合的 SNAPHAT电池置于顶部。 IC 封装内不设电池。相反，电池堆叠在 IC 顶部，是一个单独可拆卸 / 可更换的单元，降低了电路板的空间占用。

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