Измерение напряжения ПОС

Я использую устройство с батарейным питанием и хотел бы, чтобы мой микроконтроллер (PIC) сообщал о напряжении питания.

Это так, чтобы я мог определить, сколько батарей используется в источнике питания, а также состояние заряда батарейного блока.

Напряжение питания варьируется от 4xD (номинальное напряжение 1,2 В NiMH или 1,5 В щелочные батареи, составляющие около 6 В) до 12xAA (1,2 В NiMH для 14,4 В или 1,5 В щелочные для 18 В).

Мой ПИК работает от регулируемого источника питания 5 В.

Я планирую использовать один из портов АЦП для измерения напряжения, и, следовательно, считаю, что я должен сопоставить 18 В fsd с диапазоном 0-5 В, так что примерно мне нужно поделить входное напряжение на 3.

Я слышал об использовании резисторного делителя напряжения, но знаю, что он может быть расточительным с точки зрения потребляемой энергии.

Хотите знать, есть ли лучший способ достичь этого разделения напряжения без слишком больших потерь энергии / потерь?

Спасибо.

— mad_z
источник

Ответы:

Вы хотите делитель напряжения. если вы заботитесь о рассеянии энергии, вы можете сделать несколько вещей:

используйте делитель напряжения с достаточно высоким импедансом, с конденсатором на выходной клемме, и буферизируйте его операционным усилителем малой мощности. Убедитесь, что вы используете RC-фильтр между операционным усилителем и АЦП, значения этого RC-фильтра обычно составляют около 50-200 Ом, 1000 пф. Это служит для поддержания стабильного напряжения, когда АЦП переключается между каналами, и заряд передается между внутренним конденсатором АЦП и внешним выводом. Один операционный усилитель не может сделать это. Если вы не буферизуете высокоимпедансный делитель напряжения, вы получите ошибки из-за тока утечки АЦП и переноса заряда.
переключите делитель напряжения, например, подключите / отсоедините его от напряжения питания, чтобы вы могли делать это только изредка, когда захотите. PFET будет работать, только будьте осторожны с тем, как вы управляете им.

— Джейсон С
источник

Это звучит замечательно, я просто хотел бы добавить, что вам нужно загрузить (вытащить ток) из батареи, чтобы получить реалистичное измерение оставшегося времени работы от батареи. Вы намного лучше с более высоким делителем тока с выключателем.

— Кортук

Я только что опубликовал аналогичный ответ и проголосовал за его удаление. Видимо у меня была старая версия страницы в кеше. Я проголосовал за это, это путь.

— Лу

+1 за переключение делителя напряжения. Очень полезный трюк.

— Клинт Лоуренс

@Kortuk: у вас очень хорошая точка зрения, но я бы отделил делитель напряжения от нагрузки батареи. На самом деле очень просто управлять N-канальным полевым транзистором напрямую с микроконтроллера (ну ... между микровыходом и затвором полевого транзистора должен быть небольшой резистор, я обычно использую 10-100 Ом) и иметь резистор от утечки полевого транзистора к источнику питания. , Гораздо проще, чем пытаться объединить эти две функции и найти переключаемый делитель напряжения. Кроме того, во многих случаях вы хотите измерить напряжение батареи без нагрузки или почти без нагрузки. На самом деле, если бы мне пришлось выбирать один или другой, я бы измерял его без нагрузки.

— Джейсон С

Джейсон С. дал хорошее предложение о том, как вы можете уменьшить мощность при необходимости. Но прежде чем сделать жизнь более сложной для себя, можно определить, сколько энергии вы действительно можете себе позволить.

Для любой конструкции с низким энергопотреблением следует учитывать общий бюджет мощности. Для устройства с батарейным питанием это обычно определяется желаемым сроком службы батарей. Если суммарная мощность остальной части схемы значительно больше, чем резисторного делителя, то вам не нужно об этом беспокоиться, или вам нужно беспокоиться о других энергозатратных частях схемы.

— Клинт Лоуренс
источник

+1 за указание на важность перспективы. Я хотел бы добавить, что если это 1% от вашего энергетического бюджета, об этом не стоит беспокоиться (если у вас нет связки делителей напряжения!) - если это 5-10% от вашего энергетического бюджета, возможно, стоит о нем беспокоиться; если это 20% или больше, это так. (только мой 2с)

— Джейсон С

Звучит как хорошее правило для меня. Другим важным моментом является то, что мы можем измерить и рассчитать эти вещи. И делать это гораздо полезнее, чем угадывать :)

— Клинт Лоуренс

Хороший вопрос, Джейсон. Немного больше о применении: это система освещения, которая будет оставаться неиспользованной в течение длительных периодов времени, а затем при включении потребляет около 3 А от источника питания с помощью цепи постоянного тока. Таким образом, при работе потребляемая мощность для контроля напряжения является незначительной частью общей потребляемой мощности. Однако в режиме ожидания я бы хотел, чтобы емкость аккумулятора не была израсходована излишне, насколько это возможно, или, скорее, я бы хотел, чтобы любой неизбежный паразитный разряд был сведен к минимуму в режиме ожидания.

@Kheng: можно ли иметь все, кроме микроконтроллера, на отдельном источнике питания? Они одновременно подключают периферийные устройства с помощью одного реле или платы под управлением ОК. Тогда должно быть легко контролировать ток в режиме ожидания UC, и вам не нужно беспокоиться о минимизации мощности в отдельных цепях.

— Клинт Лоуренс

@Kheng: «Я бы хотел, чтобы емкость аккумулятора не использовалась как можно больше», - слишком заострен для инженера. Какой средний ток потребляется? Чтобы рассчитать, что вам нужно знать средний рабочий цикл и ток холостого хода. Затем примените эмпирические правила, данные Джейсоном, чтобы увидеть, имеет ли смысл делать что-либо более сложное, чем резисторный делитель. Инжиниринг не делает «лучшее из возможного», он «отвечает требованиям для наименьших затрат».

— Вутер ван Оойен