想实现一个电池自供电的电池电压采样电路，大家来帮忙看一下这个方案的具体实现方法

ncigray · 发表于 2011-3-27 10:40:09

电池充放电时，电压一般浮动在10v-16v，实际主要在11-15v，如果对其线性分压后用8位或10位进行采样，则采样值的精确度会比较低，于是，我想找一个能够卡去电池电压不需要检测的部分，就是只检测9-16v的部分。又考虑运放为非轨到轨，所以这样简单设计了电路形式，下面的图只是表示设计想法，如何采用元器件或方案如何改进请大家给提个建议。

(原文件名:电池自供电采样.JPG)
如有更好更成熟的方法希望大家告诉我。
那两个稳压管不知道怎么选取或者改变，一般的稳压管肯定不精确，而改成tl431的那种又需要外扩其他器件，有没有精确稳压与tl431原理相似但只有两个引脚的稳压管（不需外扩其他电路元件）。

刚翻orcad的元件库，找到zra系列稳压管，如zra400这样的二端稳压。不知道容不容易买到，常见的有哪些?

zxq6 · 发表于 2011-3-27 10:56:48

TL431本身就是基准源的啊。

physis · 发表于 2011-3-27 11:01:47

运放的事俺不懂

但不知道lz对成本控制有什么要求
要我说，还不如直接用带12bit AD的mcu,比如stm8L15x和msp430，测量范围从0-20v,也能精确到小数点后两位

lz的图，用稳压管，根本没什么精度可言
省掉运放，用TL431直接给mcu供电，又能做基准

ncigray · 发表于 2011-3-27 11:02:37

回复【1楼】zxq6 小马哈
tl431本身就是基准源的啊。
-----------------------------------------------------------------------

额，是，我表达错误了，我的意思是tl431还需要Vref。我再编辑一下。

ncigray · 发表于 2011-3-27 11:20:04

回复【2楼】physis
-----------------------------------------------------------------------

实际上，MCU还要与采样光耦隔离的，因为还要牵扯到功率电路的驱动部分。

虽然对成本不太敏感，但我还是不想用那种增大AD位数和采样范围的方法，感觉有点大材小用。

另外，MSP430可以对0-20v内电压直接进行采样吗？AVCC直接加20v参考？之前我没仔细看过msp430的文档，以为只能分压至3.3v才能采样。

shsyf · 发表于 2011-3-27 12:49:18

运放有减法器的接法.

比如负相设定为9V,正相检测10-16V, 输出的就是正相减负相的电位.

physis · 发表于 2011-3-27 12:54:40

回复【4楼】ncigray

实际上，mcu还要与采样光耦隔离的，因为还要牵扯到功率电路的驱动部分。
虽然对成本不太敏感，但我还是不想用那种增大ad位数和采样范围的方法，感觉有点大材小用。
另外，msp430可以对0-20v内电压直接进行采样吗？avcc直接加20v参考？之前我没仔细看过msp430的文档，以为只能分压至3.3v才能采样。
-----------------------------------------------------------------------

你说光耦隔离，和AD电压采样有什么关系？隔离也是采样和mcu这一端和其他部分隔离吧
既然成本不敏感，那么稳定可靠并且易于实现才是最重要的。msp430可能稍贵些，但stm8L并不贵，即使cortex-M3的stm32F100也就10块钱
不管什么mcu都不能对20v电压直接采样，肯定要电阻分压的。

jrcsh · 发表于 2011-3-27 13:08:42

回复【楼主位】ncigray
电池充放电时，电压一般浮动在10v-16v，实际主要在11-15v，如果对其线性分压后用8位或10位进行采样，则采样值的精确度会比较低，于是，我想找一个能够卡去电池电压不需要检测的部分，就是只检测9-16v的部分。又考虑运放为非轨到轨，所以这样简单设计了电路形式，下面的图只是表示设计想法，如何采用元器件或方案如何改进请大家给提个建议。

(原文件名:电池自供电采样.jpg)
引用图片
如有更好更成熟的方法希望大家告诉我。
那两个......
-----------------------------------------------------------------------

则采样值的精确度会比较低，  其实我觉得你想得太深了 .
别说 8位就是 4位的精度也行了  就个电池充电要控制电压的误差在什么精度!
0.1V ? 0.01V 8位在5V下都有精度在 mV 一级 16V的最高值一个 1/4~1/5比例的分压电路 ok了  mV级在被放大4~5倍也有0.01V以下的精度

ncigray · 发表于 2011-3-27 13:51:40

回复【6楼】physis
回复【4楼】ncigray
实际上，mcu还要与采样光耦隔离的，因为还要牵扯到功率电路的驱动部分。
虽然对成本不太敏感，但我还是不想用那种增大ad位数和采样范围的方法，感觉有点大材小用。
另外，msp430可以对0-20v内电压直接进行采样吗？avcc直接加20v参考？之前我没仔细看过msp430的文档，以为只能分压至3.3v才能采样。
-----------------------------------------------------------------------
你说光耦隔离，和ad电压采样有什么关系？隔离也是采样和mcu这一端和其他部分隔离吧
既然成本不敏感，那么稳定可靠并且易于实现才是最重要的。msp430可能稍贵些，但stm8l并不贵，即使cortex-m3的stm32f100也就10块钱
不管什么mcu都不能对20v电压直接采样，肯定要电阻分压的。
-----------------------------------------------------------------------

光耦隔离是回复“省掉运放，用TL431直接给mcu供电，又能做基准”

实际上我现在并不确定MCU具体类型，目前用的是8位的ad，还没有到做产品的考虑，只是实验室研究。所以想尽可能的提高分辨率（精确度这个表达不合适，应该用分辨率准确些），给MCU留有充分的余度。

ncigray · 发表于 2011-3-27 13:58:32

回复【7楼】jrcsh 邪恶的小会会
-----------------------------------------------------------------------

如果用电阻分压，线性采样的话，按电池电压浮动范围0-16v，则8位采样分辨率只有16/256=0.0625
10位采样精度也才0.015625，还没到毫伏级别。
电池充电方法为脉冲式，要求精度尽量高，目前用的8位AD，0.0625这个分辨率不能接受。

xivisi · 发表于 2011-3-27 14:05:05

回复【8楼】ncigray
-----------------------------------------------------------------------

看了LZ的电路图，用稳压二级挂还不如直接用三个电阻分压（根据需要设定比例）。并且运放配置成差分输入模式（选择共模抑制比高，共模电压大一些的运放，带宽不需要很高），反馈根据需要配置
如果考虑分辨率的话，那肯定是用位数更多的ADC，或者如你所说分段测量。

（16V-9V）/256=0.02734375V
/4096=0.001708984375V

12bit ADC 就可以达到2mV的分辨率了

ncigray · 发表于 2011-3-27 14:13:00

回复【10楼】xivisi LiYong
-----------------------------------------------------------------------

想不出怎么用三个电阻分压后差分，差分的“被减数”应该怎么获得?能简单指点一下，或给个简单的电路图吗？

个人理解，电阻分压则是齐次线性关系，无法提高分辨率。

xivisi · 发表于 2011-3-27 14:16:19

用光耦也是可行的这样就不需要大电压的运放了不过运放需要配置成互阻放大器

shsyf · 发表于 2011-3-27 14:24:33

(原文件名:3271.jpg)

xivisi · 发表于 2011-3-27 14:26:35

比如电阻从上到下分压 Ra,Rb,Rc 如果取 9 到16 之间变化则Rb 变化电压为 5Rb/(Ra+Rb+Rc)V 该电压小于5V是高无疑问的，假设取Rb/(Ra+Rb+Rc)为0.01，则单运放差分输入再放大100倍就是5V电压，共模部分就靠运放的共模抑制比解决了

xivisi · 发表于 2011-3-27 14:28:10

回复【13楼】shsyf
-----------------------------------------------------------------------

谢谢帮忙贴图

ncigray · 发表于 2011-3-27 16:35:17

回复【14楼】xivisi LiYong
-----------------------------------------------------------------------

差分放大我很明白，可是这样也没什么意义啊，分辨率没有提升，和普通线性分压分辨率是相同的。而精度却反而可能因误差也被放大100倍而降低。

这种线性网络无法提升分辨率的。解释一下：如果我要计算分压的话，假设我得到采样电路的电压值为5v，按放大100倍，则对应的Rb上的电压为0.05，按你的意思，这个值对应的是16v。而采样电路输出值为0v，此事对应的输入也是0v，前后完全是线性的关系，0-5v对应0-16v，和普通线性分压一样，分辨率没变，而精度反而更容易降低。

eworker · 发表于 2011-3-27 16:53:58

回复【1楼】zxq6 小马哈
tl431本身就是基准源的啊。
-----------------------------------------------------------------------

xivisi · 发表于 2011-3-27 17:07:24

回复【16楼】ncigray
-----------------------------------------------------------------------

你弄错了，0-5V 对应 9-16V(理想运放) 所谓差分目的就是去掉共模（虽然不是真正的去掉，只是被缩小的很小）

比如：9V 和16V 的共模电压就是9V 一般运放的共模抑制比80dB以上好的90，专用仪表放大的共模抑制比更大，建议看看运放相关的书

cowboy · 发表于 2011-3-27 17:09:50

用运放，减法器，把10~16V变换为0~5V或0~3V再ADC。当然要有电压基准源。

ncigray · 发表于 2011-3-27 18:18:28

回复【18楼】xivisi LiYong
回复【16楼】ncigray
-----------------------------------------------------------------------
你弄错了，0-5v 对应 9-16v(理想运放) 所谓差分目的就是去掉共模（虽然不是真正的去掉，只是被缩小的很小）
比如：9v 和16v 的共模电压就是9v 一般运放的共模抑制比80db以上好的90，专用仪表放大的共模抑制比更大，建议看看运放相关的书
-----------------------------------------------------------------------

虽然我对模拟电路掌握并不是很好，但共模抑制比是什么我清楚，减法器是可以抑制共模，但通过三个电阻分压的方法是不可能抑制共模的。不然你推导一下方程就能知道了。

设待测电压为V，设K1=Rb/（Ra+Rb+Rc),则VI1-VI2 =K1*V
而减法器满足差分放大的关系，所以Vo=K2*(VI1-VI2)=K2*K1*V。这个关系完全是线性的。

我同意19楼的观点，没基准源或类似的器件，只用线性网络是不能把10-16变成0-5的。

cowboy · 发表于 2011-3-27 18:48:58

举个例子，电池电压10~16V，对应输出电压0~3V，使用2.5V基准电压，可由MSP430内部引出。
输出电压接近0V时不是很好，是因为LM358不是轨到轨输出，用LMV358可解决。

(原文件名:未命名.PNG)

gzhuli · 发表于 2011-3-27 18:56:11

回复【21楼】cowboy
-----------------------------------------------------------------------

LMV358供电最高5.5V，所以不能用VBAT，要用单片机的。 :)

cowboy · 发表于 2011-3-27 19:09:50

回复【22楼】gzhuli 咕唧霖
-----------------------------------------------------------------------

谢谢提醒，我一直还以为和LM358电源范围一样的......

shsyf · 发表于 2011-3-27 19:12:34

没有听说过什么电池有超过9V的啊.

如果是串联的,需要这种精度吗?

很好奇啊!

shsyf · 发表于 2011-3-27 19:23:33

回复【15楼】xivisi LiYong
回复【13楼】shsyf
-----------------------------------------------------------------------
谢谢帮忙贴图
-----------------------------------------------------------------------

不用客气. 随手借来表达个意思罢了. 文明人啊!

ncigray · 发表于 2011-3-27 19:32:56

回复【24楼】shsyf
-----------------------------------------------------------------------

铅酸蓄电池单体电压都是12V左右。

准备在电动汽车上用的，可能会牵扯到很多功能，因此要求比较高。

shsyf · 发表于 2011-3-27 19:45:19

回复【26楼】ncigray
-----------------------------------------------------------------------
铅酸蓄电池单体电压都是12v左右。
准备在电动汽车上用的，可能会牵扯到很多功能，因此要求比较高。
-----------------------------------------------------------------------
12V铅电有6个单格串联. 如果你只是监控整个个12V, 那么就算精度只到0.1V都多多有余.

因为短板在电池内部. 对12V的监控,只是聊胜于无.

所以,你的方案本身,就好似沙滩上建楼房,还是不打地基的那种.

······
串联的电池,会牵扯到很多问题，因此要求比较高。

ncigray · 发表于 2011-3-27 19:57:22

回复【27楼】shsyf
-----------------------------------------------------------------------

我没说过要串联使用啊。全是并联使用，而且是厂家给做好了的那种，即可以简单当一节电池用。

“所以,你的方案本身,就好似沙滩上建楼房,还是不打地基的那种.”？？？？？？？？？、

我什么方案？我只是检测电池电压啊，至于以后具体的应用我并没有说什么呀。何谓沙滩，何来高楼？

shsyf · 发表于 2011-3-27 20:19:07

回复【27楼】shsyf
-----------------------------------------------------------------------
我没说过要串联使用啊。全是并联使用，而且是厂家给做好了的那种，即可以简单当一节电池用。
“所以,你的方案本身,就好似沙滩上建楼房,还是不打地基的那种.”？？？？？？？？？、
我什么方案？我只是检测电池电压啊，至于以后具体的应用我并没有说什么呀。何谓沙滩，何来高楼？
-----------------------------------------------------------------------
串联后再并联?  那就更犯傻啦!
有谁把电池先串联再并联的啊?

别再说这12V的是单体啊,  这单体中还有6格,那六格是串联的.单格才是真正的最小单元.

你不会连每个单格是2V都不知道吧.

xivisi · 发表于 2011-3-27 20:19:23

回复【26楼】ncigray
-----------------------------------------------------------------------

刚看到，是我想当然了。。。。两个输入都在同比列变化

shsyf · 发表于 2011-3-27 20:31:25

回复【30楼】xivisi LiYong
-----------------------------------------------------------------------
刚看到，是我想当然了。。。。两个输入都在同比列变化
-----------------------------------------------------------------------

咱也学了一招.

sos9616 · 发表于 2015-7-31 16:51:30

我去搭起来试试

想实现一个电池自供电的电池电压采样电路，大家来帮忙看一下这个方案的具体实现方法

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！