Как измерить напряжение на батарейке с низким током утечки через цепи измерения? Опции

[MegaVolt]

Есть батарейка. Есть некая схема меряющая напряжение на батарейке. Схема которая меряет добрую часть времени обесточена. Собственно как организовать измерение напряжения на батарейке с не сильно большой точностью (10% например) так чтобы утечки через цепи измерения были порядки 100нА?

Как это принято делать?

Первое что приходит в голову это большой резистор задающий ток утечки и после него повторитель высокоомный. Есть ли более красивые решения?

[ViKo]

Просто ОУ с малыми входными токами, jfet или mos.

[MegaVolt]

Просто ОУ с малыми входными токами, jfet или mos.

Так защитные диоды же в выключенном состоянии должны всё испортить? Или я чего не понимаю?

[ViKo]

Не выключайте.
А как в STM32 работают часы от батарейки? И напряжение меряется, когда надо.

[1113]

имхо нужно подключать схему измерения к батарейке полевым транзистором

[MegaVolt]

Не выключайте.

А толку? Ну оставим операционник включённым. Всё равно его выход будет нагружен на выключенную часть схемы.

А как в STM32 работают часы от батарейки? И напряжение меряется, когда надо.

Вот не знаю. А у вас есть доступ к схемам STM32? А он действительно это может? Я по быстрому не нашёл схемы включения для мониторинга напряжения на батарее.

имхо нужно подключать схему измерения к батарейке полевым транзистором

Повторитель на полевике? Годная идея. Нужно обдумать

[ViKo]

Некая схема есть в руководстве по разработке hardware. Других не имею. Батарейку использую. Напряжение на ней измеряю, редко, по требованию. Там все внутри МК коммутируется. Разряд батарейки не проверял, доверился производителю STMicroelectronics. Пока вопросов нет.

[MegaVolt]

Некая схема есть в руководстве по разработке hardware. Других не имею. Батарейку использую. Напряжение на ней измеряю, редко, по требованию. Там все внутри МК коммутируется.

Не поделитесь название доки?

[rudy_b]

Поставьте аналоговый ключ, питаемый от батарейки (ток потребления практически нулевой) включаемый напряжением питания измерителя.

[@Ark]

Собственно как организовать измерение напряжения на батарейке с не сильно большой точностью (10% например) так чтобы утечки через цепи измерения были порядки 100нА?

Непосредственно от батареи запитываете небольшой МК, который большую часть времени будет находится "спящем" режиме. Для измерения он просыпается и измеряет точное, заведомо известное, напряжение на одном из своих входов, используя напряжение питания в качестве опорного. Далее, путем пересчета, определяется напряжение питания.
Подробности реализации будут зависеть от выбранной модели МК. В идеале, когда нужный источник опорного (фиксированного) напряжения имеется внутри самого МК, никаких дополнительных внешних коммутаций и элементов не потребуется.

[Plain]

Аноды BAW156 запитать током 2I от удваивающей помпы, первый катод на плюс батареи, от второго отбирать ток I через датчик тока, выход которого (т.е. разность напряжений батареи и этого датчика) через повторитель на ОУ измерять АЦП, а через второй повторитель на ОУ измерять напряжение на задающем токовом зеркале, т.е. вычислять I. Смысл в том, чтобы оба напряжения попали в диапазоны вменяемых ОУ, АЦП и ИОН.

[ViKo]

Не поделитесь название доки?

Вот такого типа.
http://www.st.com/content/ccc/resource/tec....DM00115714.pdf

[MegaVolt]

Поставьте аналоговый ключ, питаемый от батарейки (ток потребления практически нулевой) включаемый напряжением питания измерителя.

О!!! Спасибо. Что то я считал что они жрут много.
Правда пока с потребление в 100нА я нашёл только у TI плюс утечка 20нА.... Может подскажите кто делает менее жрущие?

Непосредственно от батареи запитываете небольшой МК, который большую часть времени будет находится "спящем" режиме. Для измерения он просыпается и измеряет точное, заведомо известное, напряжение на одном из своих входов, используя напряжение питания в качестве опорного. Далее, путем пересчета, определяется напряжение питания.
Подробности реализации будут зависеть от выбранной модели МК. В идеале, когда нужный источник опорного (фиксированного) напряжения имеется внутри самого МК, никаких дополнительных внешних коммутаций и элементов не потребуется.

ХитрО!!! )) А что за МК гарантирующие ток утечки по входу измерения плюс питание в диапазоне 100нА?

Аноды BAW156 запитать током 2I от удваивающей помпы, первый катод на плюс батареи, от второго отбирать ток I через датчик тока, выход которого (т.е. разность напряжений батареи и этого датчика) через повторитель на ОУ измерять АЦП, а через второй повторитель на ОУ измерять напряжение на задающем токовом зеркале, т.е. вычислять I. Смысл в том, чтобы оба напряжения попали в диапазоны вменяемых ОУ, АЦП и ИОН.

Вау!!! Это сильно. Правда я до конца так и не смог представить схему. Но идея стоящая!!

Вот такого типа.
http://www.st.com/content/ccc/resource/tec....DM00115714.pdf

Мне очень неловко но я не нашёл картинки измерения напряжения батареи.

[Smoky]

В крайнем случае можно использовать малогабаритные реле, например BESTAR, которыми можно управлять непосредственно с выхода микроконтроллера. Даже при обесточенной схеме управления утечки будут минимальны.

[ViKo]

Мне очень неловко но я не нашёл картинки измерения напряжения батареи.

А на этот счет есть Reference Manual. Но там тоже схемы нет. Я пишу, как-то же меряют. Но как, не знаю. Там напряжение батарейки пополам делится. Чтобы в диапазон работы АЦП вошло.


А отсюда идею не приспособите?
http://www.ti.com/lit/an/slva139/slva139.pdf

[MegaVolt]

В крайнем случае можно использовать малогабаритные реле,

Ох ёлки палки... Слона то я и не заметил. Спасибо большущее. Реле я вообще списал уже в утиль. А оказалось поспешил

А на этот счет есть Reference Manual. Но там тоже схемы нет. Я пишу, как-то же меряют. Но как, не знаю. Там напряжение батарейки пополам делится. Чтобы в диапазон работы АЦП вошло.

Ну да производитель как то вопрос решил

А отсюда идею не приспособите?
http://www.ti.com/lit/an/slva139/slva139.pdf

Ну да сделать аналоговый ключик на одном транзисторе с управлением от измеряющей части.

[Plain]

не смог представить схему

Без учёта допусков, пример в симуляторе:

((((VCC – ADC2) / R2) · R8 + ADC1) – VBAT) / VBAT = ((((3,3 В – 0,878606 В) / 240 кОм) · 150 кОм + 1,4962087 В) – 3 В) / 3 В = 0,319%

Если входы АЦП позволяют, то ОУ, R10 и R11 можно выкинуть.

[@Ark]

А что за МК гарантирующие ток утечки по входу измерения плюс питание в диапазоне 100нА?

Практически любые.
Например, те же PIC-и в "спящем" режиме, с выключенной периферией, отключенными входами и грамотной схемой включения, дают ток потребления (он же ток утечки) много менее 1 мкА.
Включать измерительные цепи, АЦП, опорник нужно только в редкие моменты измерения. На среднем токе потребления это, практически, не скажется.
У Вас саморазряд батареи, скорее всего, того же порядка...

[MiklPolikov]

1) Для начала нужно научится измерять токи в 100нА. Лично я умею измерять 1мка , а всё что меньше с точностью до порядка. (разумеется ток не через резистор а на входе платы с МК, в любой момент МК выходит из спячки).

2)Потом задуматься, не превосходят ли эти 100нА ток саморазряда батарейки. Для примера: если саморязряд 10% в год, то ток саморязряда 100нА будет у аккумулятора 9мА*ч

3)Далее сделать простейшую схему: резистивный делитель, нижний резистор которого коммутируется на землю ногой МК на время измерения. Померить ток потребления в этой схеме.

[MegaVolt]

Без учёта допусков, пример в симуляторе:

Офигенно!!!! Ты часом не микрухи рисуешь?

Практически любые.
Например, те же PIC-и в "спящем" режиме, с выключенной периферией, отключенными входами и грамотной схемой включения, дают ток потребления (он же ток утечки) много менее 1 мкА.
Включать измерительные цепи, АЦП, опорник нужно только в редкие моменты измерения. На среднем токе потребления это, практически, не скажется.

Вот не факт по паспорту я глянул пару пиков выходит во всём диапазоне существенно большее 100нА. И это только собственное потребление.

У Вас саморазряд батареи, скорее всего, того же порядка...

Запросто. И вопрос в том чтобы ещё больше не усугублять ситуацию.

1) Для начала нужно научится измерять токи в 100нА.

Так задача не измерять этот ток. А обеспечить его. Т.е. конструктивно обеспечить решение которое расчётно потребляет не более заданного. Доказывать не требуется. Ну или скажем так большой уровень потребления будет заметен по коственным признакам.

2)Потом задуматься, не превосходят ли эти 100нА ток саморазряда батарейки. Для примера: если саморязряд 10% в год, то ток саморязряда 100нА будет у аккумулятора 9мА*ч

А не важно. И то и то паразиты. Чем они меньше тем лучше. Саморазряд уменьшить не получиться. А вот токи на измериловку запросто.

[MiklPolikov]

Т.е. конструктивно обеспечить решение которое расчётно

Вы не поняли, к чему я. К тому, что если начнёте измерять, то обнаружите, что ток плавает на единицы микроампер в зависимости от отпечатков жирно-влажных пальцев на плате. И температуры в комнате. И ещё 100 таких же параметров. И вопрос тут же из плоскости "решение которое расчётно" переместится в плоскость "чем промывать ? ", "каким компаундом заливать? " , "что будет с компаундом через год ?" и т.п.


Подходящая аналогия:
Мало смысла калибровать деревянный аршин с точностью до микрона, если в зависимости от влажности воздуща его длинна меняется на мм.

[Tanya]

Офигенно!!!! Ты часом не микрухи рисуешь?

Впредь, пожалуйста, придерживайтесь общепринятой культуры общения на Форуме.

[1113]

ТС, покажите, пож, схему, которая у вас получилась

3)Далее сделать простейшую схему: резистивный делитель, нижний резистор которого коммутируется на землю ногой МК на время измерения. Померить ток потребления в этой схеме.

какое практическое значение у этого эксперимента? схема ведь не пригодна для задачи ТС

[MiklPolikov]

какое практическое значение у этого эксперимента? схема ведь не пригодна для задачи ТС

Сам занимаюсь микроамперным потреблением. Считаю, что пригодна.

[1113]

Сам занимаюсь микроамперным потреблением. Считаю, что пригодна.

к чему пригодна? зачем в схеме измерения напряжения батарейки подключаемый к земле делитель?

[Tanya]

Надо бы ТС объяснить, измеритель тоже должен питаться от той самой батарейки, или нет?

[MiklPolikov]

к чему пригодна? зачем в схеме измерения напряжения батарейки подключаемый к земле делитель?

Верное замечание. Т.к. ТС не объяснил, что от чего питается, каким напряжением, как подключено, то я автоматически стал думать, что "всё как у меня". Ухожу из темы.

[1113]

я автоматически стал думать, что "всё как у меня".

так а у вас оно зачем?

[MegaVolt]

ТС, покажите, пож, схему, которая у вас получилась

Увы не обещаю. Есть большущий шанс что схему рисовать буду не я. Но постараюсь хотя бы словами описать применённое решение. Или ещё как то.

Вы не поняли, к чему я. К тому, что если начнёте измерять, то обнаружите, что ток плавает на единицы микроампер в зависимости от отпечатков жирно-влажных пальцев на плате. И температуры в комнате. И ещё 100 таких же параметров. И вопрос тут же из плоскости "решение которое расчётно" переместится в плоскость "чем промывать ? ", "каким компаундом заливать? " , "что будет с компаундом через год ?" и т.п.

Упс.... Тут я действительно пока рассматривал идеальный случай. Реальность как обычно оказывается богаче.

Можете хотя бы схематично подсказать какие решения помогают вам?

Надо бы ТС объяснить, измеритель тоже должен питаться от той самой батарейки, или нет?

Измеритель питается отдельно.

Впредь, пожалуйста, придерживайтесь общепринятой культуры общения на Форуме.

Слово офигенно является культурным словом русского языка что подтверждает вхождение его в несколько толковых словарей русского языка. Ссылка на словари: http://www.endic.ru/kuzhecov/Ofigenn-23698.html

[Herz]

Слово офигенно является культурным словом русского языка...

Дело, наверное, не в слове "офигенно", а в панибратском обращении на "ты" к незнакомым людям. Или даже к знакомым...

[MegaVolt]

Дело, наверное, не в слове "офигенно", а в панибратском обращении на "ты" к незнакомым людям. Или даже к знакомым...

Как мне намекнули в личкуличном сообщении, что тут не принято называть большую интегральную микросхему профессиональным жаргонным названием

[Plain]

Наверное, ещё есть вариант найти ОУ без защиты входных полевых транзисторов, например, TL061 и т.п., и включить его обестачиваемым повторителем, но ему требуется достаточно высоковольтное и двуполярное питание, т.е. две помпы в худшем случае.

[1113]

Наверное, ещё есть вариант найти ОУ без защиты входных полевых транзисторов, например, TL061 и т.п., и включить его обестачиваемым повторителем, но ему требуется достаточно высоковольтное и двуполярное питание, т.е. две помпы в худшем случае.

имхо вот такой вариант сильно проще. при желании транзисторы можно выбрать по току утечки

[Plain]

Заведомо негодное решение — у абсолютно всех полевых транзисторов обратные диоды обыкновенные, так что выбирать не из чего — у 2N7002, к примеру, 1 мкА уже при +25°C, а даже при умеренных +60°C он потечёт конкретно.

[Tanya]

Измеритель питается отдельно.

Тогда огромный простор для фантазии. Аналоговые ключи текут меньше нА. Реле...
Можно еще измерить выходное сопротивление батарейки даже.

Слово офигенно является культурным словом русского языка что подтверждает вхождение его в несколько толковых словарей русского языка. Ссылка на словари: http://www.endic.ru/kuzhecov/Ofigenn-23698.html

Не стоит обсуждать таким образом действия и слова модератора. Можно почтой. Herz все написал.

[MegaVolt]

Наверное, ещё есть вариант найти ОУ без защиты входных полевых транзисторов, например, TL061 и т.п., и включить его обестачиваемым повторителем, но ему требуется достаточно высоковольтное и двуполярное питание, т.е. две помпы в худшем случае.

А по каким критериям можно понять если ли у ОУ защитные диоды?

Тогда огромный простор для фантазии. Аналоговые ключи текут меньше нА.

Питание у большинства их них больше мкА лучшее что пока нашлось это 100нА потребление + 20нА утечка.

[Plain]

А по каким критериям можно понять если ли у ОУ защитные диоды?

Когда в таблице предельных режимов входные напряжения указаны абсолютно, без привязки к питанию. В случае семейства TL0xx, правда, им официально запрещено превышать питание, но из первоначальных описаний схемы следует, что рабочее напряжение затворов транзисторов входной диффпары +30 В.

[MegaVolt]

Когда в таблице предельных режимов входные напряжения указаны абсолютно, без привязки к питанию. В случае семейства TL0xx, правда, им официально запрещено превышать питание, но из первоначальных описаний схемы следует, что рабочее напряжение затворов транзисторов входной диффпары +30 В.

Т.е. формально по даташиту всё же так делать нельзя Хотя физика как я понимаю позволяет.

[Tanya]

Питание у большинства их них больше мкА лучшее что пока нашлось это 100нА потребление + 20нА утечка.

Первый попавшийся - ADG842. Как Вы искали?

[MegaVolt]

Первый попавшийся - ADG842. Как Вы искали?

Даташит говорит 1-4мкА потребление. Это раз в 10-40 больше чем нужно.

[Tanya]

Даташит говорит 1-4мкА потребление. Это раз в 10-40 больше чем нужно.

Это в широком температурном диапазоне. Вы же писали, что измеритель питается отдельно. Уже не так?
http://www.ti.com/product/ts5a9411

[MegaVolt]

Это в широком температурном диапазоне. Вы же писали, что измеритель питается отдельно. Уже не так?

Измеритель отдельно сам. А кто гарантирует утечку через обесточенный ключ?

[Plain]

Вам предлагают питать ключ от измеряемой цепи, в остальном есть графики утечек.

[MegaVolt]

Вам предлагают питать ключ от измеряемой цепи, в остальном есть графики утечек.

Так если мы питаем ключ от измеряемой цепи его потребление должно быть меньше 100нА. Предложенный ключ потребляет больше 1 мкА. Или я что-то не понимаю?

[Tanya]

Вам предлагают питать ключ от измеряемой цепи, в остальном есть графики утечек.

Измерительной. Но последняя ссылка позволяет...

[Plain]

Измерительной. Но последняя ссылка позволяет

Если от измерительной, то тем более не позволяет — у данного компонента всё те же защитные диоды на питание, а оно по ТЗ ноль.

[MegaVolt]

Измерительной. Но последняя ссылка позволяет...

Последняя ссылка это TS5A9411 у него опять же 0,5мкА.
У TI лучший вариант TS5A3159.

[@Ark]

Измеритель питается отдельно.

Это в корне меняет дело! Тогда, вообще, нет ни каких проблем.
Обеспечиваете на МК напряжение питания, заведомо большее, чем на батарее. Подключаете измерительный вход МК к батарее через резистор.
БОльшую часть времени, между измерениями, измерительный вход должен быть переключен на вывод, и на нем должен быть установлен высокий уровень (напряжение питания МК). В этом случае не только не будет токов утечки от измерителя - наоборот, ток будет течь в сторону батареи. Подбором резистора можно добиться полной компенсации паразитных утечек схемы, саморазряда батареи и даже выполнять подзарядку батареи.
Получается результат лучше, чем идеальный. Больше не к чему стремиться.

[Plain]

Обеспечиваете на МК напряжение питания, заведомо большее, чем на батарее

Схема, которая меряет, добрую часть времени обесточена

[@Ark]

Схема которая меряет добрую часть времени обесточена.

Тогда придется добавить мелкое реле для коммутации батареи с измерительным входом.

Добавлено:
Впрочем, можно обойтись и без реле, если, например, питание измерится отключается от общей земли.
Это вопрос конкретной схемы.


Сообщение отредактировал @Ark - Nov 6 2016, 21:02

[1113]

у 2N7002, к примеру, 1 мкА уже при +25°C, а даже при умеренных +60°C он потечёт конкретно.

при каком напряжении Uси? биполярный вместо него не подойдёт?

[MegaVolt]

На текущий момент финальным решением принят TS5A3159.

[Alex11]

Посмотрите еще на TS12A4514.