Elegante Spannungsmessung mit ADC ohne permanenten Stromfulss

**Cysign** · 21.07.2016, 11:43

Zitat von witkatz

Meinst du das so mit einem N-Kanal-MOSFET?

Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name: SC01.PNG
Hits: 17
Größe: 6,8 KB
ID: 31840

Der N-Kanal MOSFET würde im gesperrten Zustand bewirken, dass an dem Analogpin 4,3V anliegen. So lange der Akku geladen ist wird ein kleiner Strom permanent zu V_DD des Mikrocontrollers über die Klemmdioden der internen Pinsbechaltung abgeleitet. Sind zwar nur einige 10µA, die aber dauerhaft die Batterie entladen.
Ich weiss nicht was du vor hast, bei einer batteriebetriebenen Low-Power Anwendung spielen evtl. auch ein paar µA eine Rolle.

-----------------------------------------
Ausserdem könnte evtl. je nach Schaltung die V_DD unzulässig ansteigen,
also ein Fall für die AoE Bad Circuits

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.

@PICture: Ich versteh das mit dem Spannungsregler in dem Zusammenhang nicht. Könntest du das bitte kurz skizzieren?
Wo soll dann gemessen werden?

**PICture** · 21.07.2016, 12:18

Zitat von Cysign

Wo soll dann gemessen werden?

Ohne Schaltplan deiner Schaltung weiß ich es nicht.

Meine Idee hoffentich verständlich:

Code:

  + Uin >----------+---+
                .--|---|.
                | .-.  ||
                | | |R2||
                | | |  ||
                | '-'  ||
                |  | |< |
                |  +-|T1| .-------.
                |  | |\ | | _____ |
                | .-.  || ||     || .---.
                | | |  +---|78LXX|----+ |
                | | |R3 | ||_____|| | | |
                | '-'   | |   |   | |.-.|
           R1   |  |    | |  ===  | || ||R4
           ___  ||/     | |  GND  | || ||
 vom µC >-|___|--|T2    | '-------' |'-'|
                ||>     |           | | |
                |  |    |           | +----> + Uref
                | ===   |           | | |
                | GND   |           |.-.|
                '-------'           || ||R5
                                    || ||
                                    |'-'|
                                    | | |
                                    |===|
                                    |GND|
                                    '---'

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

**Cysign** · 21.07.2016, 12:29

Ich möchte mit dem µC den Akku, der zur eigenen Versorgung genutzt wird, messen

So wie ich das verstehe, wird mit deiner Idee eine Referenzspannung für weitere Messungen erzeugt. Da hab ich mich wohl was blöd ausgedrückt

**PICture** · 21.07.2016, 12:50

Das macht mir nix aus.

**Cysign** · 21.07.2016, 13:12

Code:













                  Vin (Batt) o-o---o  o-------o
                               |    \ ^       |
   µC-GPIO---|                 |    -o-       |
             |                 |     |        o
             |                 |     |       .-.
             |                 |     |       | |
            ---                |     |       | |
       o---ov \----------------o     |       '-'
       |                             |        o
       ||                            |        |
       o---oVin µC                   |        |
                                     |        |
                                     |        |
                                     |    o---o
                                     |    |   |
                     ___             |    |   |
           µC-GPIO -|___|-o----------o    |   |
                                          |   |
                                          |   o
                                          |  .-.
                                          |  | |
                     ___                  |  | |
            µC-ADC -|___|-o---------------o  '-'
                                              |

                                             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) -------   -------.
                                    \ ^       |
                                    -o-       |
                                     |        |
                                     |       .-.
                                     |       | |
                                     |       | |
                                     |       '-'
                                     |        |
                                     |        |
                                     |        |
                                     |        |
                                     |        |
                                     |    .---.
                                     |    |   |
                     ___             |    |   |
           µC-GPIO -|___|------------'    |   |
                                          |   |
                                          |   |
                                          |  .-.
                                          |  | |
                     ___                  |  | |
            µC-ADC -|___|------------------  '-'
                                              |

                                             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.

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

**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)