Измерение напряжения и тока батареи Одноконечный или дифференциальный?

Я пытаюсь измерить ток и напряжение аккумулятора для проекта зарядки / мониторинга аккумулятора. Я прочитал все о текущем зондировании (в том числе о высокой и низкой стороне). И я решил использовать шунтирующие резисторы для измерения тока, поскольку они точны по сравнению с другими устройствами измерения тока. Моей батареей будет литий-ионная батарея, и максимальная мощность этой подставки для батареи будет (4,3 В, 40 А).

Однако я запутался в том, как измерить напряжение и ток с помощью АЦП, т. Е. Должен ли он измеряться однократно или дифференциально. Очень грубый набросок моей схемы приведен ниже. (Этот АЦП будет сопрягаться с микроконтроллером)

Видно, что батарея подключена к понижающему преобразователю для зарядки. А и АЦП видно тоже.

( Обратите внимание, что мои наброски могут быть неточными, но я имею в виду все, что я написал здесь и на диаграммах )

Я думаю, что, если я попытаюсь измерить напряжение и ток моей батареи таким образом (как показано на рисунке ниже), мое напряжение будет дифференциальным (поскольку отрицательная клемма батареи не заземлена напрямую, между ними есть шунт), поэтому я необходимо подать его на дифференциальный вход АЦП, в то время как ток должен измеряться один раз, так как одна ветвь шунта заземлена.

И если я попытаюсь измерить напряжение и ток моей Батареи таким образом (как показано на рисунке ниже), мое напряжение будет единичным (так как отрицательный вывод батареи напрямую заземлен), и мое измерение тока должно быть выполнено по-разному ( как мой шунт находится между моим источником питания и аккумулятором).

Теперь я не эксперт по АЦП, но, насколько я читал о них (также их листы данных), если АЦП имеет входы как с одним, так и с дифференциальным выводом, мы можем использовать его как вход АЦП с одним концом ИЛИ мы можем использовать это как дифференциальный вывод АЦП. Это означает, что мы не можем использовать его как в качестве единственного, так и дифференциального входа одновременно.

Что подводит меня к моему вопросу. Что может быть решением этого? Должен ли я использовать 2 разных АЦП, один для одностороннего входа, а другой для дифференциального входа? Или я могу измерять ток и напряжение дифференциально и подавать их на один АЦП, настроенный как АЦП с дифференциальным окончанием? PS Я не собираюсь использовать AMP с одним дифференциальным окончанием, поскольку я должен измерять эти величины с максимально возможной точностью, и введение такого AMP снизило бы точность измерения моей системы.

Таким образом, остается вопрос, могу ли я измерить обе величины по-разному? как показано на рисунке ниже, который просто подает соединения для измерения напряжения на входы «+» и «-» входа АЦП с дифференциальным окончанием. Поскольку отрицательная клемма батареи в этом случае будет иметь потенциал земли, можно ли ее подавать на клемму «-» АЦП дифференциального входа? (Поскольку у меня мало знаний в области электроники, я не знаю, возможно ли это или нет, или то, что я здесь спрашиваю, совершенно глупо)

Ваши полезные комментарии будут очень благодарны,

Спасибо.

Спасибо.

... насколько я читал о них (также их технических паспортах), если АЦП имеет входы с одинарным и дифференциальным выводом, мы можем использовать его как вход с одноконечным АЦП ИЛИ мы можем использовать его как вход с дифференциальным выводом , Это означает, что мы не можем использовать его как в качестве единственного, так и дифференциального входа одновременно.

Это не всегда верно. Например, я недавно использовал ADS1015 на нескольких проектах. На этой микросхеме, когда вы переключаете считываемый канал, у вас также есть возможность переключаться между односторонним и дифференциальным измерениями. (Это не одобрение этого чипа для вашего проекта. Просто пример чипа, который не имеет ограничений, которые вы считаете универсальными)

Более того, даже если у вас было устройство, которое должно было быть настроено как одностороннее или дифференциальное для всех каналов одновременно, ничто не мешает вам использовать заземление в качестве одного из входов дифференциального канала. Таким образом, вы можете просто настроить его как дифференциальный и перейти к своему дизайну. Единственное, что вы потеряете, - это возможность использовать 4-й входной контакт для каких-то других целей.

Другой вариант, если вы планируете использовать внешнее преобразование сигнала, вы можете выполнить преобразование разностного сигнала в одностороннее в схеме преобразования сигнала, и ваш АЦП никогда не узнает, что сигналы являются чем-то иным, кроме одностороннего. Это по существу делает усилители, показанные на ваших диаграммах, внешними устройствами, а не внутренними по отношению к микросхеме АЦП (и добавляет некоторую фильтрацию в их сети обратной связи для снижения шума).

Я думаю, что все ваши предложенные решения являются возможными хорошими решениями.

При правильной реализации, я думаю, что это не имеет большого значения, если вы идете на полное дифференциальное или частично одностороннее решение. Но в целом дифференциальные схемы менее чувствительны к внешним помехам.

Убедитесь, что (дифференциальные) усилители имеют правильное усиление напряжения, так что вы будете использовать полный диапазон АЦП.

Другая потенциальная проблема, так как вы будете использовать переключающий преобразователь, будут помехи при измерении тока и напряжения. Использование фильтра нижних частот между шунтирующим резистором / аккумулятором и входом усилителя может быть достаточно для подавления этого шума. Некоторое усреднение измеренных значений от АЦП может также помочь и улучшить точность.

И спасибо за то, что ты сделал свою домашнюю работу, и ты уже знаешь намного больше, чем многие ищущие ответы на этом форуме! :-)

Какое значение вы используете для сенсорного резистора? Многие зарядные устройства / мониторы LiIon 4,3 В используют 10 мОм; при 40А вы должны генерировать 400 мВ и сжигать 10 мОм * (40 А) ^ 2 = 16 Вт. Кажется довольно расточительным, не говоря уже о том, что заплатить за прецизионный резистор с таким рейтингом будет дорого.

Получите резистор достаточно маленький, чтобы напряжение на нем было незначительным; тогда вы можете измерить как напряжение батареи, так и ток одного конца.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Вы также можете откалибровать падение чувствительного резистора с помощью VBAT '= VBAT - IBAT * RSNS.