Elegante Spannungsmessung mit ADC ohne permanenten Stromfulss

**Peter(TOO)** · 21.07.2016, 13:00

Hallo,

Zitat von Cysign

In diesem konkreten Fall dachte ich eher an High-Side.
Die Spannungsteilung muss ja in jedem Fall stattfinden, um die 3,3V des ADC nicht zu übersteigen - auch wenn der Akku grade mit 4,2V geladen wird.

Ich hab mal nach nem SolidState-Relais geschaut und da lediglich das AQY2C1R2P aus dem Hause Panasonic als auf den ersten Blick brauchbar empfunden. Aber das kostet pro Stück über 12€ (zzgl. Versand). Ist also damit wieder raus.

Bei dem SSR ist auch nur ein FET, der die Spannung schaltet.

Also vergiss mal, was du da im Internet über die FETs gelesen hast.

Doof ist halt der Spannungsbereich, für U_GS kommst du nur auf knapp 4V (wenn der Akku entladen ist.
Allerdings muss der Spannungsteiler nur während der Messung angeschaltet werden, da kann man mit einem Kondensator als Ladungspumpe arbeiten.

Oder du nimmst den verdrehten Transistor.

MfG Peter(TOO)

**Cysign** · 21.07.2016, 13:12

Code:













                  Vin (Batt) o-o---o  o-------o
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   µC-GPIO---|                 |    -o-       |
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       o---oVin µC                   |        |
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            µC-ADC -|___|-o---------------o  '-'
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                                             Gnd
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

So in etwa würde ich mir das mit dem NPN-Transistor vorstellen. Aber ich bräuchte natürlich einen geeigneten Transistor dafür. Der Akku muss im Bereich 2,75V (untere Entladungsgrenze) bis 4,2V (Ladespannung) gemessen werden.

So könnte ich einerseits mit dem µC selbst messen, ob sich der Akku dem Ende neigt und falls ja, die Spannungsversorgung trennen (wobei vom Akku zum µC hin ein Mosfet genutzt wird statt eines NPN).

**Peter(TOO)** · 21.07.2016, 13:37

Zitat von Cysign

Code:








                  Vin (Batt) -------   -------.
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(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

So in etwa würde ich mir das mit dem NPN-Transistor vorstellen. Aber ich bräuchte natürlich einen geeigneten Transistor dafür. Der Akku muss im Bereich 2,75V (untere Entladungsgrenze) bis 4,2V (Ladespannung) gemessen werden.

Das haut so nicht hin

Die Basisspannung müsste mindestens 0.7V höher als V_IN sein!

Du musst einen PNP verwenden.
Zudem muss da noch ein Widerstand über die Basis-Emitter-Strecke. An der Basis entstehen noch Leckströme, dann sperrt der Transistor nicht 100%, Der Widerstand zwischen B-E leitet diese Leckströme ab.
Den GPIO-Pin kannst du auch nicht direkt verwenden.
Einerseits liefert der maximal 3.3V und wenn der µC ausgeschaltet wird, zieht der Pin alles auf GND (da sind noch Schutzdioden gegen V_CC und GND).

Also brauchst du noch einen zusätzlichen NPN-Transistor.

Als Transistoren eignen sich normale BC546 und BC556, da geht praktisch jeder Kleinleistungs-Transistor.

Wie ich schon schrub, solltest du beim PNP (High-Side) E und C vertauschen!
Die kleinere Sättigungsspannung <20mV anstatt 200mV und die schlechtere Verstärkung ergeben sich aus der Geometrie des Transistors. Bei den ganz alten Transistoren (Alloy und Spitzen) hat das nicht gut funktioniert, weil bei diesen Emitter und Collector relativ symmetrisch aufgebaut sind.
Bei den heutigen Planartransistoren ist das anders. Der Emitter liegt im der Mitte, darum herum bildet die Basis einen Ring und ganz aussen ist dann der Collector-Ring.
https://upload.wikimedia.org/wikiped...ection.svg.png
https://videogamehistorian.files.wor...0/1959_1_2.jpg

Hier noch der Aufbau eines Alloy-Transistors:
http://www.learnabout-electronics.or...transistor.gif
Da erkennt man auch wie die Basis zu ihrem Namen kam.

MfG Peter(TOO)

**Holomino** · 21.07.2016, 13:43

Wenn Du die eigene Versorgung messen willst, kannst Du die Masse des Spannungsteilers auf einen Pin des Mikrocontrollers legen. Zum Messen schaltest Du den Pin als Ausgang low, zum Stromsparen als Eingang, dann fließt kein Strom.

(Ganz ohne Korrektur geht es aber auch hier nicht in der Umrechnung, da die Masse des Pins um einige mV abweichen kann)

Was ist denn ein " Cmos-Pegel-µC" konkret?

**witkatz** · 21.07.2016, 14:05

Zitat von Holomino

Wenn Du die eigene Versorgung messen willst, kannst Du die Masse des Spannungsteilers auf einen Pin des Mikrocontrollers legen.

So spart man sich einen Transistor, find ich cool

So wie ich das verstanden habe, ist die Batteriespannung zu messen. Damit liegt die zu messende Versorgung ca. 1V über V_DD. Mit dem Pin des µC ist man prinzipiell wieder bei der Low-Side MOSFET Lösung - mit allen Nachteilen und Gefahren meines Bad Circuit.

**Ceos** · 21.07.2016, 14:14

die Schutz-Dioden im Controller werden auch bei "Eingang" anfangen deine Spannung > 3.3V abzuleiten und im Worst Case deinen Controller beschädigen

ich denke, dass JEDE andere Lösung bei der das Eingangssignal auf das ADC Level herunterverarbeitet wird ein entsprechender Spannungsteiler + Schaltung beteiligt sein wird! Also vergiss besser das Abschalten und lass den Spannungsteiler einfach schön hochohmig laufen! Wenn dein ADC zwingend etwas niederohmiges braucht, kannst du jederzeit einen kleinen Operationsverstärker als Impedanzwandler dazwischen legen!

OPAmp leerlauf Impedanzwandler < 0.1mA
Spannungsteiler im 1MOhm Bereich < 0.01mA

**BMS** · 21.07.2016, 15:29

Hallo,
die Spannungsmessung wird ja vermutlich nur sehr selten durchgeführt.
Kann man nicht einen hochohmigen Spannungsteiler nehmen und parallel zum unteren Widerstand einen relativ großen Kondensator schalten?
Dieser stellt dann während der Messung eine niedrige Impedanz dar. Verständlicherweise wird über den Spannungsteiler und Kondensator ein RC-Tiefpass mit entsprechender Zeitkonstante gebildet.
Der ADC braucht ja nur ein Häppchen Energie um seine interne Sample-and-Hold-Stufe aufzuladen. Der Kondensator am hochohmigen Teiler würde dafür vermutlich ausreichen.
Es muss natürlich Cteiler >> Csampleandhold sein.

Der Aufwand ist gering, sowas kann man auch auf dem Steckbrett mal eben schnell testen.

Grüße, Bernhard

**Klebwax** · 21.07.2016, 15:43

Zitat von BMS

Hallo,
die Spannungsmessung wird ja vermutlich nur sehr selten durchgeführt.
Kann man nicht einen hochohmigen Spannungsteiler nehmen und parallel zum unteren Widerstand einen relativ großen Kondensator schalten?
Dieser stellt dann während der Messung eine niedrige Impedanz dar. Verständlicherweise wird über den Spannungsteiler und Kondensator ein RC-Tiefpass mit entsprechender Zeitkonstante gebildet.

Wenn man das bei der Messhäufigkeit berücksichtigt sicher. Da aber niemand weiß, was die restliche Schaltung für Strom verbraucht, kann keiner wissen, ob 1mA oder 0,1mA viel oder wenig zusätzlicher Stromverbrauch ist.

MfG Klebwax

**Holomino** · 21.07.2016, 15:55

Irgendwie "riechen" die Rahmenbedingungen nach Lipo-Betrieb an einer Zelle incl. Laden.

Wenn's so ist: Was spricht dagegen, den Controller ohne Regler auf Akkuspannung laufen zu lassen und die Messung per Teiler gegen eine Referenz (entweder intern oder extern) durchzuführen? Dann kann zum Messen bei Bedarf auch ein Spannungsteiler über einen Pin hochgezogen werden.

Das spart den Regler!

Bezüglich Überspannung am Pin: Eine Schutzdiode, die den Port vor Überspannung schützen soll, würde eine Überspannung von 1V (4,3-3,3V) über einen Spannungsteiler (10k?!) ableiten müssen. Der Abfall an der Diode selbst liegt bei 0,7V, dann hast Du noch 0,3V/10k = 0,03mA. Davon geht der Controller kaputt? Mag ich nicht glauben!

**Cysign** · 21.07.2016, 16:10

Mit Cmos-Pegel meinte ich 3,3V und nicht arduino-typische 5V.
Bei dem µC handelt es sich um einen nRF51822.

//Edit: Könnte ich nicht einfach zwei Dioden in Reihe vom Akku zum ADC führen? Der Spannungsabfall über die Dioden müsste dann doch 2*0,7V betragen, also 4,2-1,4V = 2,8V. Wenn der Akku entladen ist und nur noch 2,75V liefert, bekomme ich abzüglich meiner 1,4V noch 1,35V. Mit 1,35-2,8V bewege ich mich doch im bereich des ADC - oder muss ich da noch was anderes berücksichtigen?

@Holomino: Richtig, ein einzelliger LiPo für die Versorgung