Misurazione della tensione PIC

Sto utilizzando un dispositivo alimentato a batteria e vorrei che il mio microcontrollore (PIC) segnalasse la tensione di alimentazione.

In questo modo posso determinare quante batterie vengono utilizzate nella fornitura e anche lo stato di carica del pacco batterie.

La tensione di alimentazione varia da 4xD (1,2 V NiMH nominali o 1,5 V alcalini che fanno circa 6 V) a 12xAA (1,2 V NiMH per 14,4 V o 1,5 V alcalini per 18 V).

Il mio PIC sta esaurendo un'alimentazione regolata a 5 V.

Ho in programma di utilizzare una delle porte ADC per misurare la tensione, e quindi credo che dovrei mappare il 18 V fsd nell'intervallo 0-5 V, quindi all'incirca dovrei dividere la tensione di ingresso per 3.

Ho sentito parlare dell'utilizzo di un divisore di tensione della resistenza, ma so che può essere dispendioso in termini di energia consumata.

Ti chiedi se esiste un modo migliore per ottenere questa divisione di tensione senza troppa perdita di energia / spreco?

Grazie.

— mad_z
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Risposte:

vuoi un divisore di tensione. se ti interessa la dissipazione di energia, ci sono un paio di cose che puoi fare:

utilizzare un divisore di tensione ad impedenza abbastanza elevata, con un condensatore sul terminale di uscita, e tamponarlo con un amplificatore operazionale a bassa potenza. Assicurati di utilizzare un filtro RC tra op-amp e ADC, i valori di questo filtro RC sono in genere intorno a 50-200 ohm, 1000pf. Ciò serve a mantenere stabile la tensione quando l'ADC commuta tra i canali e la carica viene trasferita tra il condensatore interno dell'ADC e il pin esterno. Un amplificatore operazionale da solo non può farlo. Se non si bufferizza il partitore di tensione ad alta impedenza, si otterranno errori dovuti alla corrente di dispersione ADC e al trasferimento di carica.
commutare il partitore di tensione, ad es. collegarlo / scollegarlo alla tensione di alimentazione, in modo da poterlo fare solo occasionalmente quando lo si desidera. Un PFET funzionerebbe, stai solo attento a come lo guidi.

— Jason S
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Questo suona alla grande, vorrei solo aggiungere che è necessario caricare (estrarre corrente da) una batteria per ottenere una misurazione realistica della durata residua della batteria. Stai molto meglio con un divisore di corrente più alto con un interruttore off.

— Kortuk,

Ho appena pubblicato una risposta simile e ho votato per eliminarla. Apparentemente avevo una vecchia versione della pagina memorizzata nella cache. Ho votato a favore, è la strada da percorrere.

— Lou

+1 per la commutazione del partitore di tensione. Un trucco molto utile.

— Clint Lawrence,

@Kortuk: hai un ottimo punto, ma disaccopperei il divisore di tensione dal carico della batteria. È davvero facile guidare un FET a canale N direttamente da un microcontrollore (beh ... dovrebbe esserci una piccola resistenza tra micro uscita + gate FET, di solito uso 10-100 ohm) e avere una resistenza da drain FET all'alimentazione . Molto più facile che provare a combinare queste due funzioni e a creare un partitore di tensione commutabile. Inoltre, ci sono molte volte in cui si desidera misurare la tensione della batteria a vuoto o quasi a vuoto. In realtà, se dovessi scegliere l'uno o l'altro, lo misurerei a vuoto.

— Jason S,

Jason S ha fornito un buon suggerimento su come ridurre la potenza se necessario. Ma prima di rendere la vita più complicata per te stesso, è possibile determinare quanta potenza puoi davvero permetterti.

Per qualsiasi progetto a bassa potenza, è necessario prendere in considerazione il budget complessivo per la potenza. Per un dispositivo alimentato a batteria, ciò sarà generalmente determinato dalla durata desiderata delle batterie. Se la potenza combinata del resto del circuito è significativamente maggiore del divisore della resistenza, allora non devi preoccuparti o hai altre parti affamate di energia del circuito di cui preoccuparti.

— Clint Lawrence
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+1 per sottolineare l'importanza della prospettiva. Aggiungerei, se è l'1% del tuo budget di potenza, non vale la pena preoccuparsi (a meno che tu non abbia un sacco di divisori di tensione!) - se è il 5-10% del tuo budget di potenza, potrebbe valere la pena di preoccuparti; se è del 20% o più lo è. (solo il mio 2c)

— Jason S

Mi sembra una buona regola empirica. L'altro punto importante è che possiamo misurare e calcolare queste cose. E farlo è più utile che indovinare :)

— Clint Lawrence,

Buon punto Jason. Un po 'di più sull'applicazione: è un sistema di illuminazione che rimarrà inutilizzato per lunghi periodi di tempo, quindi all'accensione assorbe circa 3A dall'alimentazione con un circuito a corrente costante. Pertanto, durante il funzionamento, l'assorbimento di potenza per il monitoraggio della tensione è una parte insignificante dell'assorbimento di potenza totale. Tuttavia, in modalità standby, vorrei che la capacità della batteria non si esaurisse inutilmente il più possibile, o piuttosto mi piacerebbe minimizzare qualsiasi inevitabile drenaggio parassitario in modalità standby.

@Kheng: è possibile avere tutto tranne il microcontrollore su un alimentatore separato? Accendono le periferiche tutte in una volta con un relè o un fet sotto il controllo dell'uC. Dovrebbe quindi essere facile controllare la corrente di standby dell'uC e non devi preoccuparti di minimizzare la potenza nei circuiti individuali.

— Clint Lawrence,

@Kheng: "Vorrei che la capacità della batteria non fosse inutilmente esaurita il più possibile" è troppo a punta per un ingegnere. Qual è la corrente media assorbita? Per calcolare che è necessario conoscere il ciclo di lavoro medio e la corrente inattiva. Quindi applica le regole empiriche fornite da Jason per vedere se ha senso fare qualcosa di più complicato di un divisore di resistori. L'ingegneria NON sta facendo il "migliore possibile", sta "soddisfacendo i requisiti per il costo più basso".

— Wouter van Ooijen,