리튬 이온 배터리 전압 측정 (따라서 남은 용량)

내가하고있는 일 : 3.3V에서 자체 제작 Arduino 보드 (Arduino 부트 로더와 코드 편집기를 사용한다는 의미에서)를 실행 중이며 해당 Microchip에 의해 USB로 충전되는 리튬 이온 배터리로 전원이 공급됩니다. 충전기 IC.

달성하려는 것 : 1 분마다 한 번씩 배터리 용량을 측정 하려고합니다 . LCD가 부착되어 있으므로 전체 설정에서 배터리가 주어진 순간에 어떻게 작동하는지 알 수 있습니다. 배터리의 데이터 시트에는 전압 대 방전 레벨 곡선이 있으므로 배터리의 전압을 측정하여 남은 용량을 추정 할 수 있습니다 (거의 그러나 충분합니다!).

제가 한:

• (편집 : @stevenvh 및 @Jonny의 제안에 따라 저항 값이 업데이트되고 P-MOSFET 스위치가 추가되었습니다).

• 나는 배터리 V_plus에서 전압 분배기를 연결했는데, 더 큰 "부분"이 Arduino / Atmega 칩의 아날로그 판독 핀 (즉, ADC)으로 연결되었습니다.

• 분배기는 33 KOhm에서 10 KOhm까지이므로 3.3V 레벨 마이크로 컨트롤러에서 최대 4.1 볼트의 Li- 이온 배터리를 측정 할 수 있습니다.

• 또한 n 채널 MOSFET에 연결된 I / O 핀 중 하나를 사용하여 측정이 필요한 경우에만 디바이더를 통해 전류를 전환 할 수 있습니다.

• 다음은 대략적인 회로도입니다 (@stevenvh 및 @Nick의 제안에 따라 두 번째로 업데이트 됨).

내 질문:

• 현재 설정은 어떻습니까?

• 나의 유일한 제약은 다음과 같습니다. (1) 위에서 설명한 전압 판독 값을 기반으로 배터리 용량을 대략적으로 측정하고 싶습니다. (2) 전압 분배기가 충전 IC의 배터리 유무 읽기를 방해하지 않도록하고 싶습니다 (원래 설정에서 분배기가 배터리가 없을 때에도 IC가 존재하지 않는 경우가 있음).

이것은 Nick의 회로도와 매우 비슷한 것 같습니다.

먼저 하이 사이드에서 N-FET를 사용할 수없는 이유 : 소스보다 몇 볼트 높은 게이트 전압이 필요하며 4.2V 만 있으면 충분하지 않으므로 작동하지 않습니다.

풀업 값이 더 높지만 100kΩ 값도 가능합니다. 측정시 10kΩ으로 인해 불필요한 추가 전류 400µA가 발생합니다. 세계의 끝은 아니지만 두 경우 모두 1 개의 저항이므로 더 높은 값을 사용하지 마십시오.

MOSFET의 경우 요구 사항이 엄격하지 않은 경우 선택할 수있는 다양한 부품이 있습니다. 예를 들어 P- 채널의 경우 Si2303 , N- 채널의 경우 BSS138 과 같은 저렴한 것을 고려할 수 있습니다 .

@인가. 이것은 답변보다 더 많은 의견입니다. 하지만 사진을 게시하고 싶습니다. 답변으로 게시하겠습니다.

마이크로 컨트롤러 (uC)는 + 3.3V로 전원이 공급됩니다. 제안 된 P-MOSFET의 드레인은 + 4.1V까지 높을 수있다. 현재 그려진 것처럼 + 3.3V 로직 신호는 P-MOSFET을 완전히 끌 수 없습니다. 아래 회로도의 Q6은 + 4.1V에 견딜 수있는 개방 드레인 출력을 형성합니다.

C14는 A / D에서 볼 수있는 임피던스를 낮 춥니 다.

[...] 배터리 전압 (따라서 남은 용량)

배터리 전압 감지가 남은 용량을 감지하는 정확한 방법이 아님을 알 수 있습니다. 휴대용 장비 (휴대 전화, 랩탑)에서 배터리 용량은 배터리 안팎의 전류를 측정하여 추정됩니다. 이 작업에 도움 이되는 수십 개의 특수 배터리 연료 게이지 IC ( 예 : bq27200 )가 있습니다.

왜 로우 사이드의 단일 N- 채널 MOSFET과 상부의 2 개의 저항 분배기가 아닌가?
[아래 코멘트에서]

로우 사이드 스위치는 배터리 전압 (V _bat )이 마이크로 컨트롤러의 공급 전압 (V _cc ) 보다 클 때 문제가 있습니다 . 하단 스위치가 꺼져 있으면 전압 분배기의 접지 끝이 부유하고 분배기가 더 이상 분배되지 않으며 전체 배터리 전압이 마이크로 컨트롤러의 ADC 핀에 나타납니다. 이로 인해 uC가 손상 될 수 있습니다. 또한 배터리가 방전되는 누출 경로를 만듭니다.
V _bat > V _{cc 일} 때 하이 사이드 스위치가 호출됩니다 .

¹ V _cc 를 짧게 사용 하지만이 설명은 V _dd , AV _cc , AV _dd 에도 적용됩니다 . 의심 스러우면 데이터 시트를 조회하십시오.

Ad.A : 간단한 전압 분배기를 사용하여 배터리 전압을 감지하는 것이 충분하다고 생각합니다. 그러나 저항을 신중하게 선택해야합니다. ATmega328 데이터 시트 에 따르면 ADC 입력의 내부 임피던스는 100kΩ 입니다. "그림 23-8. 아날로그 입력 회로"를 참조하십시오. 분배기가 ADC 입력과 비슷한 임피던스를 갖는 경우 ADC 입력 회로는 기본적으로 분배기의 다른 노드처럼 작동합니다. ADC 판독 값에서 오프셋을 제공 할 수 있습니다.

레일 전체에서 최대 10kΩ의 분배기를 사용하면 410µA 만 사용하면서 ADC 입력 임피던스를 무시할 수있을 정도로 낮을 것이다. 그것이 너무 많은 어플리케이션이라면, 더 큰 저항을 선택할 수 있지만 ADC가 있고 Vcc / 2에 연결되어 있음을 명심하십시오.