低电流电池监控

电器工程 电池充电 分压器 监视器 收费
2022-01-16 07:09:58

我想通过 3V 线性稳压器从 1S lipo 运行微控制器。但是,我需要测量电池电压。使用分压器的问题在于它会随着时间的推移耗尽电池,这可能会或可能不会内置保护电路。由于我使用的 AVR 的推荐输入阻抗不高于 10K,我无法制作分隔线太大。

任何人都可以提出一个解决方案,让我可以在几个月内监控这个电压而不会杀死未受保护的电池吗?电路可能会在较长时间内进入深度睡眠模式,这意味着分压器解决方案将消耗最多的功率。


我最终使用了 Hanno 和 Andy 的解决方案。感谢所有的投入。很遗憾只能选择一个答案。

3个回答

分压器需要在深度睡眠模式下加入 MCU 然后......这可以通过 P 通道 FET(例如)来实现......当 MCU 唤醒时,它会想要测量电池电压,所以它可以做的是打开一个围绕 P 沟道 FET 形成的电路,该电路将电池 +V 连接到分压器:-

在此处输入图像描述

ADC 输入如右图所示,除非 MCU 通过 10k 电阻激活 BC547,否则不会有电压到达它。如果没有激活,P 沟道 FET 将关闭并实际上是开路。如果您可以对 MCU 进行编程,使其在睡眠时对其控制引脚进行下拉,那应该是它,否则从该点添加另一个(例如)10k 电阻到地 - 这可以确保 P 通道 FET 完全关闭。

提醒一句,在关闭时选择具有低泄漏电流的 P 沟道场效应晶体管,否则会稍微消耗电池寿命,但大多数场效应晶体管将低于 100nA,许多在 1nA 范围内。

最后一件事——当微控制器关闭时,稳压器在待机电流上的表现如何——你也需要照顾它吗?

当您只需要找出电池何时耗尽(或在此之前不久发出警告)时,您无需直接测量其电压。在电池达到其最低电压之前,稳压器的输出电压将降至 3V 以下。所以你可以测量微控制器的电源电压。

根据其实际功能,您可以在不使用分压器的情况下做到这一点。例如,查看PIC12F1822 的ADC 数据表(第 141 页):ADC 框图

PIC 有一个内部电压基准,可以测量其值(进入多路复用器的“FVR 缓冲器”)。但它也可以使用电源电压作为 ADC 测量的参考(顶部的 ADPREF 选择器)。

鉴于此,人们可以简单地测量相对于电源电压的电压参考,并得到电源电压作为结果。以 12F1822 为例,内部基准电压为 2.048V,ADC 具有 10 位分辨率。因此,当电源电压降至 3.0V 以下时,ADC 结果高于 699:

$$ADCresult=1024*\frac{V_{in}}{V_{ref}}$$ 在我们的例子中是 $$ADCresult=1024*\frac{2.048V}{V_{supply}}$$

请注意,较低的电源电压意味着较高的 ADC 结果,因为输入电压和参考电压以通常的方式交换。给定 ADC 结果,您可以转换此公式以找出实际电源电压。

你真的需要线性稳压器吗?以全电池电压运行 µC 将使事情变得容易得多。此外,即使在省电模式下,稳压器和 µC 也会一直消耗功率,从而不断消耗电池电量。查看数据表并牢记这一点。

因为 ADC 输入(常见的采样保持 ADC,如 AVR µC 中的那个)只会在实际采样值时吸收电流,所以可以通过简单地添加一个电容器来补偿瞬态低输入阻抗:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

最大采样频率当然会以这种方式受到限制,因为在下一次采样完成之前,电容器需要时间通过大电阻重新充电,但我假设您的测量不会超过每秒一次。

重新充电电容器所需的时间可以通过改变其容量和/或 R1 来设置。较大的 R1 = 较少的能量“损失”+ 较低的最大值。采样频率。对于给定的电阻器等,较小的容量将更快地充电。
您将希望最大化 R1 的值,然后可能需要最小化 C1 的值以实现所需的采样频率。

最小容量取决于 ADC 为样本抽取的电荷量,而这又由 ADC 的样本缓冲器的容量决定。对于 AVR 设备,我似乎记得该值在数据表中指定。对于其他 µC,我无法确定,但图中的 1µF 在任何情况下都可能绰绰有余,并且可能会减少 10 倍左右。ADC 的规格会告诉您。

编辑:

我在 Atmel 的 ATmega1284p 数据表中找到了这一点。S&H 缓冲器的电容器指定为 14皮法拉,因此 C1 的几个纳法拉应该足够了。

ATmega1284p 数据表中的模拟输入电路

参见例如这里的讨论。