Моніторинг низького струму акумулятора

Я хочу запустити мікроконтролер від 1S lipo через лінійний регулятор 3V. Мені потрібно виміряти напругу акумулятора, проте. Проблема використання дільника напруги полягає в тому, що він з часом заряджатиме акумулятор, який може мати або не мати вбудовану схему захисту. Оскільки AVR, який я використовую, має рекомендований вхідний опір не вище 10 К, я не можу зробити роздільник занадто великий.

Хтось може запропонувати рішення, яке дозволило б мені контролювати цю напругу, не вбиваючи незахищену батарею протягом пари місяців? Схема може перейти в режим глибокого сну протягом тривалого періоду, тобто рішення дільника напруги споживає найбільшу кількість енергії.

Я в кінцевому підсумку використовував і рішення Ханно, і Енді. Дякую за весь вклад. На жаль, можна вибрати лише одну відповідь.

— s3c
джерело

Відповіді:

Розділювач напруги повинен приєднатись до MCU у режимі глибокого сну ... Це можна досягти за допомогою П каналу FET (наприклад) .... Коли MCU прокинеться, він захоче виміряти напругу акумулятора. це можна зробити, це увімкнути ланцюг, утворений навколо P каналу FET, який підключає акумулятор + V до дільника напруги: -

введіть тут опис зображення

Вхід АЦП показаний праворуч, і напруга його не буде досягнута, якщо MCU не активує BC547 через 10k резистор. Без активації P-канальний FET відключений і практично відкритий ланцюг. Якщо ви можете запрограмувати MCU мати спальний штифт на своєму керуючому штирі, коли він спить, що це повинно бути, інакше додайте ще один (скажімо) 10k резистор з цієї точки на землю - це гарантує, що P канал FET повністю вимкнений.

Невелике слово попередження: вибирайте френд каналу P із низьким струмом витоку, коли в іншому випадку буде незначний заряд батареї, але більшість жирів буде менше 100nA, а багато в районі 1nA.

І остання річ - як працює регулятор напруги в режимі очікування струму, коли мікроенергія вимкнена - чи потрібно про це також подбати?

— Енді ака
джерело

Я використовую MCP1802, який має струм Q 25uA, ця частина працює чудово. Дякую за пропозицію, саме той тип рішення, який я шукав.

— s3c

чому б ви використовували P-Chan з транзитором, а не одним фредом N-каналу?

— jme

@jme - АЦП та MCU посилаються на землю, тому має сенс перемикати подачу більш високої напруги. Якщо я використовував N-канальний пристрій, все одно буде постійно протікати стік через верхній резистор і через паразитичні діоди в MCU, коли він знаходиться в режимі сну.

— Енді ака

@Andyaka, що ідентифікатор N-Fet був перетворений, щоб діод був перевернутий, щоб не дати струму надходити до резисторів АЦП?

— jme

@jme "Чому б не використовувати низький бічний вимикач (наприклад, N-ch FET або μC i / o pin)?" хороше питання. Ось чому. Напруга акумулятора може бути більше Vcc. Якщо відкритий вимикач низької сторони, напруга акумулятора з’явиться на штифті A / D. Це може призвести до вигорання A / D або до витоку акумулятора через захисні діоди на штифті A / D. Пов'язана нитка.

— Нік Алексєєв

Коли вам потрібно дізнатися лише тоді, коли акумулятор загине (або попередити незадовго до цього), вам не потрібно безпосередньо вимірювати його напругу. Вихідна напруга регулятора впаде нижче 3В, перш ніж акумулятор досягне мінімальної напруги. Таким чином, ви могли виміряти напругу живлення мікроконтролера.

Залежно від його фактичних можливостей, ви можете це зробити, не використовуючи дільник напруги. Наприклад, подивіться таблицю даних АЦП для PIC12F1822, (на стор. 141): Блок-схема АЦП

PIC має внутрішню опорну напругу і може вимірювати його значення ("буфер FVR", який переходить у мультиплексор). Але він також може використовувати напругу живлення як орієнтир для вимірювання АЦП (селектор ADPREF вгорі).

Враховуючи це, можна просто виміряти опорну напругу відносно напруги живлення і отримати в результаті напругу живлення. У випадку з 12F1822 внутрішня посилання становить 2,048 В, а АЦП має 10-бітове дозвіл. Отже, коли напруга живлення опускається нижче 3,0 В, результат АЦП виходить вище 699:

A D C r e s u l t = 1024 * \frac{V_{i n}}{V_{r e f}}

$ADCresult=1024*\frac{V_{in}}{V_{ref}}$

A D C r e s u l t = 1024 * \frac{2.048 V}{V_{s u p p l y}}

$ADCresult=1024*\frac{2.048V}{V_{supply}}$

Зауважте, що нижча напруга живлення означає більш високі результати АЦП, оскільки вхідна напруга та опорна напруга змінюються звичайним способом. Ви можете перетворити цю формулу, щоб дізнатися фактичну напругу живлення, враховуючи результат АЦП.

— хлі
джерело

Вам дійсно потрібен лінійний регулятор? Запуск µC при повній напрузі акумулятора значно полегшить роботу. Крім того, регулятор і µC завжди будуть споживати енергію, навіть в режимах енергозбереження, постійно виснажуючи акумулятор. Погляньте на аркуші даних і пам’ятайте про це.

Оскільки вхід АЦП (загального АЦП вибірки та утримування, наприклад, в AVR µC) буде занурювати струм лише при фактичному відборі значення, перехідний опір низького входу можна компенсувати простим додаванням конденсатора:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Максимальна частота вибірки, звичайно, буде обмежена таким чином, оскільки конденсатору знадобиться час, щоб зарядитись через великий резистор до наступного відбору проб, але я припускаю, що ви не будете вимірювати більше, скажімо, один раз на секунду.

Час, необхідний для перезарядки конденсатора, можна встановити, змінюючи його ємність та / або R1. Більший R1 = менша "втрата" енергії + нижня макс. частота вибірки. Менша ємність заряджається швидше для даного резистора тощо.
Вам потрібно буде максимізувати значення R1, а потім може знадобитися мінімізувати значення C1, щоб досягти бажаної частоти вибірки.

Мінімальна ємність залежить від величини заряду, яку АЦП буде стягувати за зразок, який, у свою чергу, визначається місткістю буфера вибірки АЦП. Для пристроїв AVR я, мабуть, пам’ятаю, що це значення вказано в таблиці. Для інших µC я не можу сказати, але 1 мкФ на діаграмі, мабуть, буде більш ніж достатньо у будь-якому випадку і, можливо, може бути зменшено в 10 разів. Технічні характеристики АЦП розкажуть.

Редагувати:

Я знайшов це у таблиці даних Atmel для ATmega1284p. Конденсатор буфера S&H вказаний на 14 піко- фарадів, тому пара нано- фарадів для C1 повинно бути багато.

Аналогова вхідна схема з аркуша ATmega1284p

Дивіться, наприклад, дискусію тут .

— JimmyB
джерело

Лінійний регулятор, в свою чергу, буде контролюватися детектором напруги наднизького струму, ефективно видаляючи і ЦК, і регулятор з ланцюга, якщо акумулятор буде розряджатися нижче певного значення.

— s3c

Гаразд, але чи потрібен регулятор для живлення µC, чи може мкС живитись безпосередньо від Vbat, і в цьому випадку він може працювати без дільника напруги.

— JimmyB

Я, здається, зараз розумію, що ви насправді не запитуєте, як можна побудувати пристрій для використання мінімальної потужності, а лише про те, щоб LiPo не було знищено. Це правильно?

— JimmyB

Так, регулятор необхідний для живлення від UC. Використання мінімальної потужності є кращим, але це не моя головна проблема.

— s3c

Як виглядає вихід згаданого вами детектора напруги?

— JimmyB