Мониторинг низкого тока батареи


13

Я хочу запустить микроконтроллер от 1S lipo через 3V линейный регулятор. Однако мне нужно измерить напряжение аккумулятора. Проблема с использованием делителя напряжения состоит в том, что он со временем разряжает батарею, в которой могут или не могут быть встроены защитные схемы. Поскольку используемый AVR имеет рекомендованный входной импеданс не выше 10K, я не могу сделать слишком большой делитель

Может кто-нибудь предложить решение, которое позволило бы мне контролировать это напряжение, не убивая незащищенную батарею в течение нескольких месяцев? Схема может войти в режим глубокого сна на длительный период, что означает, что решение с делителем напряжения будет потреблять наибольшее количество энергии.


Я закончил тем, что использовал решение Ханно и Энди. Спасибо за весь вклад. К сожалению, можно выбрать только один ответ.

Ответы:


16

Делитель напряжения должен присоединиться к MCU в режиме глубокого сна, тогда ... Это может быть достигнуто с помощью FET канала P (например) .... Когда MCU просыпается, он захочет измерить напряжение батареи, так что это может сделать, это включить цепь, сформированную вокруг полевого транзистора канала P, который соединяет батарею + V с делителем напряжения:

введите описание изображения здесь

Вход АЦП показан справа, и напряжение не будет достигнуто, если только MCU не активировал BC547 через резистор 10 кОм. Без активации P-канал FET выключен и практически разомкнут. Если вы можете запрограммировать микроконтроллер так, чтобы он находился в спящем положении на управляющем выводе, когда он спит, то он должен быть добавлен еще один (скажем) резистор 10 кОм от этой точки к земле - это гарантирует, что FET канала P полностью отключен.

Небольшое предупреждение: выбирайте P-канал с низким током утечки, когда он выключен, иначе будет небольшой расход заряда батареи, но большинство фет будет меньше 100 нА, а многие в области 1 нА.

И последнее: как регулятор напряжения работает в режиме ожидания при отключенном микроустройстве - нужно ли вам также позаботиться об этом?


Я использую MCP1802 с током Q 25uA, эта часть работает нормально. Спасибо за предложение, именно тот тип решения, который я искал.
— s3c

почему вы используете P-Chan с транзитором, а не с одним N-канальным фетом?
— JM

@jme - АЦП и MCU привязаны к земле, поэтому имеет смысл переключать подачу более высокого напряжения. Если бы я использовал N-канальное устройство, то через верхний резистор все равно был бы постоянный сток через паразитные диоды в MCU, когда он находится в режиме ожидания.
— Энди ака

@Андяка, какой N-Fet был перевернут так, чтобы диод был перевернут, чтобы ток не проходил к резисторам АЦП?
— JME

3
@jme "Почему бы не использовать переключатель на стороне низкого уровня (например, N-канальный FET или вывод ввода / вывода μC)?" хороший вопрос Вот почему Напряжение аккумулятора может быть больше, чем Vcc. При размыкании выключателя на стороне низкого напряжения на выводе A / D появится напряжение батареи. Это может привести к сгоранию A / D или к утечке батареи через защитные диоды на выводе A / D. Связанная тема.
— Ник Алексеев

2

Когда вам нужно выяснить только, когда батарея разряжается (или сделать предупреждение незадолго до этого), вам не нужно измерять ее напряжение напрямую. Выходное напряжение регулятора упадет ниже 3 В, прежде чем аккумулятор достигнет минимального напряжения. Таким образом, вы можете измерить напряжение питания микроконтроллера.

В зависимости от его реальных возможностей, вы можете сделать это без использования делителя напряжения. Для примера посмотрите таблицу данных ADC для PIC12F1822, (на странице 141): Блок-схема АЦП

ПИК имеет внутренний источник опорного напряжения, и может измерить его значение (далее «FVR буфер», который проходит в мультиплексор). Но он также может использовать напряжение питания в качестве эталона для измерений АЦП (селектор ADPREF вверху).

Учитывая, что, можно просто измерить опорное напряжение по отношению к напряжению питания, и получить напряжение питания в качестве результата. В случае 12F1822 внутреннее задание составляет 2,048 В, а АЦП имеет разрешение 10 бит. Поэтому, когда напряжение питания падает ниже 3,0 В, результат АЦП становится выше, чем 699:

ADСреsULTзнак равно1024*ВяNВрее
ADСреsULTзнак равно1024*2,048ВВsUппLY

Следует отметить, что средство подачи напряжения ниже, более высокие результаты АЦП, так как напряжение на входе и опорное напряжение меняются местами с обычным способом. Вы можете преобразовать эту формулу, чтобы узнать фактическое напряжение питания, учитывая результат АЦП.


0

Вам действительно нужен линейный регулятор? Запуск µC при полном напряжении аккумулятора значительно облегчит работу. Кроме того, регулятор и микроконтроллер всегда будут потреблять энергию, даже в режимах энергосбережения, непрерывно разряжая батарею. Посмотрите на листы данных и имейте это в виду.

Поскольку вход АЦП (обычного АЦП с выборкой и удержанием, как у AVR µC) будет потреблять ток только при фактической выборке значения, переходный низкий входной импеданс можно компенсировать простым добавлением конденсатора:

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Максимальная частота дискретизации, конечно, будет ограничена таким образом, поскольку конденсатору потребуется время для перезарядки через большой резистор, прежде чем будет произведена следующая выборка, но я предполагаю, что вы все равно не будете измерять больше, скажем, раз в секунду.

Время, необходимое для перезарядки конденсатора, можно установить, изменяя его емкость и / или R1. Чем больше R1 = меньше «потерь» энергии + ниже макс. частота дискретизации. Меньшая емкость будет заряжаться быстрее для данного резистора и так далее.
Вы захотите максимизировать значение R1, а затем, возможно, потребуется минимизировать значение C1, чтобы достичь желаемой частоты дискретизации.

Минимальная емкость зависит от количества заряда, которое АЦП будет брать за образец, что, в свою очередь, определяется емкостью буфера для образца АЦП. Для устройств AVR я, кажется, помню, что это значение указано в таблице. Для других мкК я не могу сказать, но 1 мкФ на диаграмме, вероятно, будет более чем достаточно в любом случае и может быть уменьшен в 10 раз или около того. Спецификации АЦП расскажут.

Редактировать:

Я нашел это в техническом описании Atmel для ATmega1284p. Буфера конденсатора S & H задается до 14 пико -farads, так что пара нано -farads для C1 должно быть много.

Схема аналогового ввода из таблицы ATmega1284p

Смотрите, например, обсуждение здесь .


Линейный регулятор, в свою очередь, будет управляться детектором сверхнизкого тока, эффективно удаляя и UC, и регулятор из цепи, если батарея разрядится ниже определенного значения.
— s3c

Хорошо, но требуется ли регулятор для питания микросхемы, или микросхема может питаться напрямую от Vbat, и в этом случае он может работать без делителя напряжения.
— JimmyB

Кажется, теперь я понимаю, что вы на самом деле не спрашиваете, как устройство может быть построено так, чтобы использовать минимальное энергопотребление, а скорее только как убедиться, что LiPo не разрушен. Это верно?
— JimmyB

Да, регулятор необходим для питания ОК. Использование минимальной мощности является предпочтительным, но не моей главной заботой.
— s3c

Как выглядит выход упомянутого вами детектора напряжения?
— JimmyB
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.