Виміряйте напругу літій-іонного акумулятора (таким чином залишається ємність)

З чим я працюю: я запускаю свою саморобну плату Arduino (в тому сенсі, що я використовую завантажувач і редактор коду Arduino) на 3,3 В, і живиться від літій-іонного акумулятора, який заряджається USB відповідним мікрочіпом зарядний пристрій IC.

Що я намагаюся досягти: я хочу вимірювати ємність акумулятора один раз на хвилину. У мене підключений РК-екран, тому ідея полягає в тому, що загальна настройка дає мені знати, як працює акумулятор в даний момент. Лист даних акумулятора має криву напруги проти рівня розряду, і, вимірюючи напругу акумулятора, я можу оцінити залишкову ємність (дуже приблизно, але мені достатньо!).

Що я зробив:

• (EDIT: оновлені значення резистора та додано перемикач P-MOSFET на основі пропозицій @stevenvh та @ Jonny).

• Я підключив дільник напруги від батареї V_plus, при цьому більша "частина" перейде на аналоговий зчитування (тобто ADC) на мікросхемі Arduino / Atmega.

• Розділювач становить від 33 КОм до 10 КОм, що дозволяє виміряти літій-іонний акумулятор до 4,1 Вольт від мого мікроконтролера рівня 3,3 В.

• Також, використовуючи один із штифтів вводу / виводу, підключений до n-канальної MOSFET, я можу перемикати струм через дільник лише тоді, коли мені потрібно вимірювання.

• Ось приблизна схема (оновлена ​​вдруге на основі пропозицій @stevenvh та @Nick):

Моє запитання:

• Як відбувається моє поточне налаштування?

• Єдині мої обмеження: (1) Я хотів би зробити грубе вимірювання ємності акумулятора на основі показання напруги, як описано вище. (2) Я хотів би не допустити, щоб роздільник напруги не втручався в читання моїм зарядним пристроєм зчитування присутності акумулятора (у моїх початкових налаштуваннях дільник іноді спричиняв наявність ІМ-сигналу помилково, навіть коли батарея відсутня).

Це, здається, дуже схоже на схему Ніка, ймовірно, був зайнятий його малюванням, коли він розмістив :-).

По-перше, чому ви не можете використовувати N-FET на високій стороні: йому потрібна напруга на затворі на кілька вольт вище, ніж джерело, а 4,2 В - все, що у вас є, нічого вище, так що це не спрацює.

У мене є більш високе значення для підтягування, хоча значення 100 кОм також зробить. 10 кОм спричинить зайвий додатковий струм 400 мкА при вимірюванні. Не кінець світу, але це 1 резистор в обох випадках, так чому б не використовувати більш високе значення.

Для MOSFET можна вибирати різноманітні деталі з урахуванням вимог, які не такі суворі; Ви можете розглянути недорогі такі, як, наприклад, Si2303 для P-каналу та BSS138 для N-каналу.

@Inga. Це скоріше коментар, ніж відповідь. Але я хотів би опублікувати фотографію, тому я розміщую її як відповідь.

Мікроконтролер (UC) живиться від + 3,3 В. Злив запропонованого P-MOSFET може досягати + 4,1 В. Як показано на даний момент, логічний сигнал + 3,3 В не зможе повністю вимкнути P-MOSFET. Q6 на наведеній нижче схемі утворює відкритий зливний вихід, який є толерантним до + 4.1V.

C14 знижує імпеданс, який побачить ваш A / D.

[...] напруга акумулятора (таким чином залишається ємність)

Ви можете виявити, що зондування напруги акумулятора не є точним способом визначення чутливості, що залишилася. У портативному обладнанні (стільникові телефони, ноутбуки) ємність акумулятора оцінюється шляхом вимірювання струму в акумуляторі та поза ним. Існують десятки спеціалізованих ІК- батарей ( наприклад , bq27200 ), які допомагають у виконанні цього завдання.

Чому б не один N-канальний MOSFET на нижній стороні та два дільника резистора на верхній стороні?
[з коментаря нижче]

Низький бічний вимикач має проблеми, коли напруга акумулятора (V _bat ) перевищує напругу живлення мікроконтролера (V _cc ). Коли вимикач низької сторони вимкнений, заземлюючий кінець дільника напруги плаває, дільник вже не ділиться, на штирі АЦП мікроконтролера з'являється повна напруга акумулятора. Це може пошкодити UC. Це також створить шлях витоку, через який акумулятор розрядиться.
Вимикач високої сторони вимагається, коли V _bat > V _cc .

¹ Коротко використаю V _cc , але ця дискусія стосується також V _dd , AV _cc , AV _dd . Якщо ви сумніваєтесь, шукайте таблицю даних, звичайно.

Ad.A: Я думаю, що досить справедливо використовувати простий дільник напруги для виявлення напруги акумулятора. Хоча, слід ретельно вибирати опір. Внутрішній опір ваших входів АЦП становить 100 кОм, згідно з таблицею даних ATmega328 . Див. "Малюнок 23-8. Аналогова вхідна схема". Якщо ваш дільник має імпеданс, порівняний з входом АЦП, схема вводу АЦП в основному буде вести себе як інший вузол дільника. Це може призвести до компенсації в показаннях АЦП.

Використання роздільника до 10 кОм на рейках буде досить низьким, щоб ігнорувати вхідний опір АЦП, використовуючи при цьому лише 410 мкА. Якщо це занадто багато для вашої програми, ви, звичайно, можете вибрати більший опір, але майте на увазі, що АЦП є і підключений до Vcc / 2.