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Medición de la tensión y la corriente de la batería ¿Solo o diferencial?

Estoy tratando de medir la corriente y el voltaje de la batería para un proyecto de carga/monitoreo de baterías. He leído todo sobre la detección de corriente (incluyendo la detección del lado alto y del lado bajo). Y he decidido utilizar resistencias Shunt para la medición de la corriente, ya que son precisas en comparación con otros dispositivos de medición de corriente. Mi batería sería una batería de iones de litio, y la calificación máxima de este soporte de la batería sería (4.3V , 40A).

Sin embargo, estoy confundido sobre cómo medir el voltaje y la corriente utilizando un ADC, es decir, si se debe medir un solo extremo o diferencialmente. A continuación se presenta un boceto de mi circuito. (Este ADC sería interconectado con un microcontrolador)

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La batería se puede ver conectada a un convertidor buck para la carga. Y también se puede ver el ADC.

( Por favor, tenga en cuenta que mis bocetos pueden no ser exactos, pero me refiero a todo lo que he escrito aquí y en los diagramas )

Lo que pienso es que, si trato de medir el voltaje y la corriente de mi batería de esta manera (mostrada en la imagen de abajo), mi voltaje sería diferencial (ya que el terminal negativo de la batería no está directamente conectado a tierra, hay una derivación en el medio) por lo que tengo que alimentar a un ADC de entrada diferencial, mientras que la corriente es para ser medido singe endedly, como una pierna de la derivación está conectado a tierra. enter image description here

Y si trato de medir el voltaje y la corriente de mi batería de esta manera (mostrada en la imagen de abajo), mi voltaje sería de un solo extremo (ya que el terminal negativo de la batería está directamente conectado a tierra), y mi medición de la corriente tendría que hacerse diferencialmente (ya que mi derivación se coloca entre mi suministro y la batería).

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Ahora bien, no soy un experto en ADCs, pero por lo que he leído sobre ellos (también sus hojas de datos), si un ADC tiene entradas de extremo simple y diferencial, podemos utilizarlo como un ADC de entrada de extremo simple O podemos utilizarlo como un ADC de entrada con terminación diferencial. Lo que significa que no podemos usarlo como entrada simple y diferencial al mismo tiempo.

Lo que me lleva a mi pregunta. ¿Cuál podría ser la solución? ¿Debo utilizar 2 ADCs diferentes, uno para la entrada de un solo extremo y el otro para la entrada de extremo diferencial? ¿O puedo medir tanto la corriente como el voltaje diferencialmente y alimentar ambos a un solo ADC configurado como un ADC de entrada diferencial? P.D. No estoy deseando utilizar un AMP de terminación simple a diferencial, ya que se supone que debo medir estas cantidades con la mayor precisión posible, y la introducción de dicho AMP disminuiría la precisión de medición de mi sistema.

Así que deja la pregunta, si puedo medir ambas cantidades diferencialmente? como se da en la imagen de abajo, que es sólo la alimentación de las conexiones de medición de voltaje a la '+' y '-' de entrada de un ADC de entrada diferencial. Como el terminal negativo de la batería en este caso estaría a potencial de tierra, ¿se puede alimentar al terminal '-' de un ADC de entrada diferencial? (Como no tengo muchos conocimientos en el campo de la electrónica, no sé si sería posible o no, o lo que estoy preguntando aquí es totalmente estúpido)

Le agradecemos mucho sus útiles comentarios,

Gracias.

Gracias.

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FakeMoustache Puntos 6645

Creo que todas las soluciones que propones son buenas soluciones posibles.

Si se implementa correctamente, creo que no importa mucho si se opta por una solución totalmente diferencial o parcialmente monofónica. Pero, en general, los circuitos diferenciales son menos sensibles a las perturbaciones externas.

Asegúrate de que los amplificadores (diferenciales) tienen la ganancia de tensión adecuada para que puedas utilizar todo el rango del ADC.

Otro problema potencial, ya que se utiliza un convertidor de conmutación, habrá ruido de conmutación en la corriente y el voltaje medidos. El uso de un filtro de paso bajo entre la resistencia de derivación / batería y la entrada del amplificador podría ser suficiente para suprimir este ruido. Un poco de promedio de los valores medidos desde el ADC también podría ayudar y mejorar la precisión.

¡Y enhorabuena por haber hecho los deberes y ya sabes mucho más que muchos buscadores de respuestas en este foro ! :-)

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Muchas gracias por su respuesta. Consideraré la posibilidad de utilizar el LPF, lo investigaré.

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RWH Puntos 21

...por lo que he leído sobre ellos (también sus hojas de datos), si un ADC tiene entradas de extremo simple y diferencial, podemos usarlo como ADC de extremo simple O podemos usarlo como ADC de extremo diferencial. Lo que significa que no podemos usarlo como entrada simple y diferencial al mismo tiempo.

Esto no siempre es cierto. Por ejemplo, he utilizado ADS1015 en un par de proyectos recientemente. En este chip, cada vez que se cambia el canal que se está leyendo también se tiene la opción de cambiar entre la medición de un solo extremo y la diferencial. (Esto no es una aprobación de este chip para su proyecto. Sólo es un ejemplo de un chip que no tiene la limitación que pensabas que era universal)

Además, incluso si tuvieras un dispositivo que tuviera que ser configurado como single-ended o diferencial para todos los canales al mismo tiempo, nada te impide usar tierra como una de las entradas de un canal diferencial. Así que podrías configurarlo como diferencial y seguir con tu diseño. Lo único que perderías es la oportunidad de utilizar el cuarto pin de entrada para algún otro propósito.

Otra opción, si planeas usar acondicionamiento de señal externo, puedes hacer la conversión de diferencial a single-ended en el circuito de acondicionamiento de señal, y tu ADC nunca sabrá que las señales son algo más que single-ended. Esto esencialmente hace que los amplificadores mostrados en tus diagramas sean dispositivos externos en lugar de internos al chip ADC (y añade algo de filtrado en sus redes de retroalimentación para reducir el ruido).

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Si puedo utilizar la tierra como una de las entradas de un canal diferencial, entonces mi problema está resuelto. No hay que preocuparse. Muchas gracias por tu respuesta.

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@yiipmann, yo volvería a revisar la hoja de datos de tu ADC para asegurarme de que está bien con entradas muy cercanas a tierra, pero debería estar bien o deberías poder encontrar un ADC en el que esté bien.

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Un amigo me ha dicho que como mis valores de señal son positivos y utilizo un ADC de entrada diferencial, pierdo 1 bit de resolución (por ejemplo, para un ADC de 12 bits utilizaría 11 bits de resolución). No sabía la razón exacta de esto, pero dijo que es así. ¿Puede decirme si es correcto? Si es así, ¿por qué?

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Igor Popov Puntos 167

¿Qué valor está utilizando para la resistencia de detección? Muchos cargadores/monitores de baterías de iones de litio de 4,3V utilizan 10mOhm; a 40A, generarías 400mV y quemarías 10mOhm * (40A)^2 = 16W. Parece un derroche, por no mencionar que será caro pagar una resistencia de precisión con esa potencia.

Consigue una resistencia lo suficientemente pequeña como para que el voltaje a través de ella sea insignificante; entonces podrás medir tanto el voltaje de la batería como la corriente de un solo lado.

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

También puede calibrar la caída de la resistencia de detección con VBAT' = VBAT - IBAT * RSNS.

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La única preocupación que veo aquí es la precisión/ruido de la medición actual. 4mV detectados son 40A, así que para escalar eso a una entrada ADC de 0-5v se necesitaría una ganancia de 1250. Se puede hacer, pero el ruido y cualquier EMI se amplificará también. Considere la posibilidad de apantallar y proteger las trazas, y filtrar la salida en paso bajo.

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Las resistencias sensoras que pienso utilizar a 40A son estos y tienen una resistencia de 0,6667mOhms con una caída de 50mV a pleno rendimiento, así que supongo que no voy a quemar mucha potencia. Sin embargo, voy a mirar en LPF para la cancelación de ruido

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