Questões Sobre a Bateria no Módulo tinyRTC

O módulo tinyRTC já foi mencionado neste blog aqui e aqui. Neste último post, quem olhar com atenção a foto do projeto funcionando vai reparar que a data apresentada no display é 01/01/00. Isto é porque o relógio perdeu a programação quando foi desligado e eu esqueci de reprogramar antes de tirar a foto. Mas o módulo não tem um bateria para manter a data e hora quando estiver desligado?

No primeiro artigo eu mencionei que o módulo foi projetado para usar a bateria LIR2032, que é uma bateria recarregável de ion de lítio e apresentei o circuito existente no módulo. O módulo que eu comprei tinha realmente uma LIR2032, mas estava descarregada. O problema é que estava com uma tensão absurdamente baixa e não carregou mesmo deixando o módulo ligado por muitas horas.

O Circuito de Carga da Bateria

Um primeiro comentário: eu inicialmente tinha alimentado o módulo com 3,3V, ele funciona, mas não irá carregar a bateria a não ser que ela esteja muito baixa. Para operação normal do módulo ele deve ser alimentado com 5V.

Mas o meu problema continuou mesmo alimentando com 5V. Fui procurar informações sobre a LIR2032 e descobri que o circuito de carga no módulo não é o recomendado. De um modo geral as baterias de ion lítio devem ser carregadas em duas etapas. A primeira deve ter corrente constante de 17mA. Ao atingir 4,2V, o carregador deve passar para uma segunda etapa de tensão constante de 4,2V (valores do datasheet linkado ao final). O circuito do módulo não faz nenhuma das duas coisas, correndo o risco de danificar a bateria. Qual o tamanho do risco é uma pergunta para a qual não tenho resposta.

De qualquer forma, considerando que a tensão na bateria que eu tinha era muito baixa e não estava carregando, decidi que a minha bateria estava pifada e resolvi comprar um segundo módulo. Só que o segundo módulo veio com uma CR2032 (não recarregável e com tensão de 3,0V ao invés dos 3,6V da LIR2032). É claro que não é saudável tentar carregar uma bateria não recarregável.

Para desligar o carregador eu tirei o diodo D1. Reparem no circuito acima que, mantendo R6 e R4, a tensão no ponto BAT vai ser 3,0*1500/(510+1500) = 2,24V (supondo que a CR2032 esteja fornecendo 3V). No caso da LIR2032 este divisor é necessário pois a bateria pode chegar a uma tensão superior ao suportado pelo DS1307. No caso da CR2032 poderíamos ligar direto, mas os 2,24V são suficientes para manter a data e hora. O divisor vai consumir uma corrente adicional de 3,0/(510+1500) = 1,5uA. Outro efeito é não aproveitar por completo a bateria, pois quando a tensão dela cair abaixo de 2,7V a tensão BAT ficará abaixo dos 2,0V necessários para manter a data e hora. Mas a partir deste ponto de descarga a tensão da CR2032 cai rapidamente (segundo o datasheet).

A corrente típica consumida pelo DS1307 para manter data e hora, quando alimentado por bateria, é de 0,3uA. Considerando uma capacidade de 200mAh até a tensão cair para 2,7V, uma CR2032 vai durar 12 anos (mesmo com os 1,5uA gastos pelo divisor).

Minha conclusão: tire o diodo D1, use uma CR2032 e seja feliz. Se você for purista, pode tirar R4 e substituir R6 por um curto para eliminar o divisor de tensão.

Links:

Este artigo tem algumas informações úteis, apesar de se referir a um módulo diferente (mas com o mesmo circuito de carga da bateria):
https://www.onetransistor.eu/2019/07/zs042-ds3231-battery-charging-circuit.html

Um datasheet da CR2032:
https://data.energizer.com/pdfs/cr2032.pdf

Um datasheet completo da LIR2032:
https://www.powerstream.com/p/Lir2032.pdf