Misurazione di tensione e corrente della batteria Single ended o differenziale?


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Sto cercando di misurare la corrente e la tensione della batteria per un progetto di ricarica / monitoraggio della batteria. Ho letto tutto sul rilevamento corrente (incluso il rilevamento del lato alto e del lato basso). E ho deciso di utilizzare resistori shunt per la misurazione della corrente in quanto sono accurati rispetto ad altri dispositivi di misurazione della corrente. La mia batteria sarebbe una batteria agli ioni di litio e la potenza massima di questo supporto sarebbe (4,3 V, 40 A).

Tuttavia, sono confuso su come misurare la tensione e la corrente utilizzando un ADC, ovvero se debba essere misurato singolarmente o in modo differenziato. Di seguito è riportato uno schizzo molto approssimativo del mio circuito. (Questo ADC sarebbe interfacciato con un microcontrollore)

inserisci qui la descrizione dell'immagine

La batteria può essere vista collegata a un convertitore buck per la ricarica. E anche ADC può essere visto.

( Nota che i miei schizzi potrebbero non essere accurati, ma intendo tutto ciò che ho scritto qui e nei diagrammi )

Quello che penso è che, se provo a misurare la tensione e la corrente della mia batteria in questo modo (mostrato nell'immagine sotto), la mia tensione sarebbe differenziale (poiché il terminale negativo della batteria non è direttamente collegato a terra, c'è uno shunt in mezzo) quindi deve alimentarlo a un ingresso differenziale ADC, mentre la corrente deve essere misurata singolarmente, poiché una gamba dello shunt è collegata a terra. inserisci qui la descrizione dell'immagine

E se provo a misurare la tensione e la corrente della mia batteria in questo modo (mostrato nell'immagine sotto), la mia tensione sarebbe terminata singolarmente (poiché il terminale negativo della batteria è direttamente messo a terra) e la mia misurazione corrente dovrebbe essere fatta in modo diverso ( poiché il mio shunt è posto tra il mio rifornimento e la batteria).

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Ora, non sono un esperto di ADC, ma per quanto ne ho letto (anche le loro schede tecniche), se un ADC ha input con terminazione sia single che differenziali, possiamo usarlo come un ADC con input single ended OPPURE possiamo usare come un ADC con ingresso terminato differenziale Ciò significa che non possiamo usarlo contemporaneamente sia come input singolo che differenziale.

Il che mi porta alla mia domanda. Quale potrebbe essere una soluzione ad esso? Devo usare 2 ADC diversi, uno per l'ingresso a terminazione singola e l'altro per l'ingresso a terminazione differenziale? Oppure posso misurare sia la corrente che la tensione in modo differenziale e alimentarli entrambi a un singolo ADC configurato come ADC con ingresso differenziale? PS Non vedo l'ora di utilizzare un AMP da singolo a differenziale, poiché dovrei misurare queste quantità con la massima precisione possibile e l'introduzione di tale AMP ridurrebbe l'accuratezza della misurazione del mio sistema.

Quindi lascia la domanda, se posso misurare entrambe le quantità in modo differenziato? come mostrato nella figura seguente, che sta semplicemente alimentando le connessioni di misurazione della tensione all'ingresso '+' e '-' di un ingresso ADC con differenziale. Dato che il terminale negativo della batteria in questo caso sarebbe al potenziale di terra, quindi può essere alimentato al terminale "-" di un ADC con ingresso differenziale? (Dal momento che non ho molta conoscenza nel campo dell'elettronica, non so se sarebbe possibile o no, o quello che sto chiedendo qui è totalmente stupido)

I tuoi commenti utili sarebbero molto apprezzati,

Grazie.

Grazie.

Risposte:


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... per quanto ne ho letto su di loro (anche le loro schede tecniche), se un ADC ha ingressi sia a terminazione singola che differenziale, possiamo usarlo come un ingresso ADC a terminazione singola OPPURE possiamo usarlo come ingresso ADC a terminazione differenziale . Ciò significa che non possiamo usarlo contemporaneamente sia come input singolo che differenziale.

Questo non è sempre vero. Ad esempio, recentemente ho usato ADS1015 su un paio di progetti. Su questo chip, ogni volta che si commuta il canale letto si ha anche la possibilità di passare dalla misurazione single-ended a quella differenziale. (Questa non è un'approvazione di questo chip per il tuo progetto. Solo un esempio di un chip che non ha la limitazione che pensavi fosse universale)

Inoltre, anche se avevi un dispositivo che doveva essere configurato come single-ended o differenziale per tutti i canali contemporaneamente, nulla ti impedisce di utilizzare la terra come uno degli ingressi di un canale differenziale. Quindi potresti semplicemente configurarlo come differenziale e andare avanti con il tuo design. L'unica cosa che potresti perdere è l'opportunità di usare il 4 ° pin di input per qualche altro scopo.

Un'altra opzione, se si prevede di utilizzare il condizionamento del segnale esterno, è possibile eseguire la conversione da differenziale a single-ended nel circuito di condizionamento del segnale e il proprio ADC non saprà mai che i segnali sono tutt'altro che single-ended. Questo essenzialmente rende gli amplificatori mostrati nei tuoi diagrammi come dispositivi esterni piuttosto che interni al chip ADC (e aggiungi alcuni filtri nelle loro reti di feedback per ridurre il rumore).


Se posso usare la terra come uno degli ingressi di un canale differenziale, allora il mio problema è risolto. Nulla di cui preoccuparsi. Grazie mille per la tua risposta!
yiipmann,

@yiipmann, ricontrollerei il foglio dati del tuo ADC per assicurarmi che vada bene con input molto vicini al suolo, ma dovrebbe essere a posto o dovresti essere in grado di trovare un ADC dove va bene.
The Photon,

Per favore, puoi dire un'altra cosa, un mio amico mi ha detto che, poiché i miei valori del segnale sarebbero solo positivi e non avrei usato un ingresso differenziale ADC, avrei perso 1 bit di risoluzione (per esempio per un ADC a 12 bit sarei usando 11 bit di risoluzione). Non conosceva il motivo esatto, ma ha detto che è così. Potete per favore dirmi se è corretto? Se sì allora PERCHÉ?
yiipmann,

@yiipmann, sì, è praticamente giusto. Se l'intervallo di input è compreso tra -2,5 e +2,5 e si utilizza solo metà dell'intervallo, si perde effettivamente 1 bit di risoluzione.
The Photon,

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Penso che tutte le soluzioni proposte siano possibili buone soluzioni.

Se implementato correttamente, penso che non importi molto se scegli una soluzione completamente differenziale o parzialmente single-ended. Ma in generale i circuiti differenziali sono meno sensibili ai disturbi esterni.

Assicurati che gli amplificatori (differenziali) abbiano il giusto guadagno di tensione in modo tale da utilizzare l'intera gamma dell'ADC.

Un altro potenziale problema, poiché verrà utilizzato un convertitore di commutazione, si verificherà un rumore di commutazione sulla corrente e sulla tensione misurate. L'uso di un filtro passa-basso tra la resistenza shunt / la batteria e l'ingresso dell'amplificatore potrebbe essere sufficiente per sopprimere abbastanza questo rumore. Anche una media dei valori misurati dall'ADC potrebbe aiutare e migliorare l'accuratezza.

E il kudo è per fare i compiti e sai già molto più di molti cercatori di risposte su questo forum! :-)


Grazie mille per la tua risposta. Prenderò in considerazione l'utilizzo dell'LPF, lo esaminerò.
yiipmann,

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Quale valore stai usando per un resistore di rilevamento? Molti caricabatterie / monitor LiIon da 4,3 V utilizzano 10mOhm; a 40A, genereresti 400mV e bruceresti 10mOhm * (40A) ^ 2 = 16W. Sembra piuttosto dispendioso, per non parlare del fatto che sarà costoso pagare per un resistore di precisione a quel livello.

Prendi un resistore abbastanza piccolo da trascurare la tensione che lo attraversa; quindi è possibile misurare sia la tensione della batteria che la corrente single-ended.

schematico

simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab

È inoltre possibile calibrare la caduta del resistore di rilevamento con VBAT '= VBAT - IBAT * RSNS.


L'unica preoccupazione che vedo qui è l'accuratezza / il rumore della misurazione corrente. 4mV rilevato è 40A, quindi per ridimensionarlo a un ingresso ADC 0-5v richiederebbe un guadagno di 1250. Doable, ma anche il rumore e qualsiasi EMI saranno amplificati. Prendi in considerazione le tracce di schermatura e protezione e il filtro passa-basso in uscita.
rdtsc,

I resistori di rilevamento che sto pianificando di utilizzare a 40 A sono questi e hanno una resistenza di 0,6667 m Ohm con una caduta di 50 mV a piena potenza, quindi immagino che non brucerò molta potenza. Tuttavia, esaminerò LPF per la cancellazione del rumore
yiipmann,
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