Convertidor PIC de analógico a digital para medir más de un voltaje de batería (con diferentes tomas de tierra)

Estoy tratando de construir un circuito que pueda reducir varias baterías lipo (5 celdas) hasta un máximo de 22 V para que sea seguro a 3,3 V o 5 V para medir con un microcontrolador PIC usando el convertidor analógico a digital.

Ahora el problema es que tengo más de una batería para cada motor y cada batería está aislada entre sí. No hay un terreno común entre ellos.

¿Alguien puede ofrecer algún consejo sobre cómo puedo medir el voltaje de estas baterías usando el ADC del PIC? Por supuesto, se necesitará alguna forma de divisor de voltaje y se agradecen las sugerencias al respecto.

Mis habilidades con los circuitos analógicos son extremadamente débiles, así que proporcione la mayor cantidad de detalles o referencias. Cualquier cálculo también sería apreciado.

Me gustaría asegurarme de que haya cierto nivel de filtrado/aislamiento debido al uso obvio de alta corriente de LiPos y al ruido del motor.

PD: Sé que hay voltímetros LED muy baratos en eBay para esto, pero quiero poder enviar los voltajes muestreados a una base en mi proyecto.

Si bien la respuesta de Steven es válida, existen otras topologías completamente diferentes. Los posibles problemas con los optoacopladores analógicos son el nivel de error y el costo. Mire la hoja de datos cuidadosamente.
@OlinLathrop por 'nivel de error', ¿quiere decir ruido/inexactitud adicionales?
@Olin: ¿"0.01% de servo linealidad" no significa que no debería haber problemas de nivel de error? Especialmente en CC.
@Federico: Sí, 0,01% es muy bueno. Muchos no son tan buenos. Eso sí, ojo con el precio. Como dije, este es sin duda un enfoque viable. Mi punto es que también hay otros métodos completamente diferentes.
@Olin: sí, lo he notado. Más de 4 dólares en Digikey :-(. ¡Me encantaría ver otras soluciones aquí!
@Federico: Habría elaborado si el OP no hubiera aceptado una respuesta antes de tener la oportunidad de escribir una.
@OlinLathrop: una respuesta aceptada no significa que la respuesta se acepte para siempre. Si escribe una respuesta significativamente mejor, el OP puede cambiar la respuesta aceptada.
@Falso: la parte que te falta es que el tiempo para escribir respuestas aquí es limitado. Entonces, la pregunta no es qué podría ser útil, sino qué es lo más útil. Las preguntas con respuestas aceptadas son comparativamente una pérdida de tiempo. Tampoco me gusta animar a alguien a aceptar una sola respuesta después de un corto tiempo, así que no quiero ayudar por principio. Tenga en cuenta que no estoy en desacuerdo con la respuesta de Steven. Es una manera perfectamente buena de resolver este problema.
@Olin: he visto varias ocasiones en las que el usuario cambió de opinión y aceptó una respuesta diferente. A mí me pasó, en los dos sentidos. Además, incluso si la pregunta tiene unos días de antigüedad, una nueva respuesta la superaría y atraería una nueva atención. Esto no es una pérdida de tiempo. He tenido varias respuestas antiguas votadas porque la pregunta se eliminó cuando se agregó una nueva respuesta. La gente parece encontrarlo útil. Tengo curiosidad por ver otras soluciones aquí, ahora solo está la mía.

Respuestas (1)

Si no puede conectar los circuitos, un optoacoplador analógico como el IL300 puede ser útil:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La entrada y la salida permanecen separadas, pero tiene el valor analógico del nivel de la batería disponible para el ADC en el otro lado. El IL300 tiene una excelente servo linealidad de 0,01 %.

(Vcc y la tierra izquierda y derecha del optoacoplador son obviamente diferentes).

la función de transferencia
Opamp U1 intentará hacer que su entrada inversora sea igual a V I norte , eso es

I PAG 1 = V I norte R 1

controla I PAG 1 variando la corriente del LED I F , pero no necesitamos este valor en nuestro cálculo. Dado que los fotodiodos están emparejados I PAG 1 = I PAG 2 , y la salida de U2 es

V O tu T = I PAG 2 × R 2

de modo que

V O tu T = R 2 R 1 × V I norte

Entonces, incluso cuando R1 se aleja de U2, juega un papel importante. Es posible que el circuito no funcione si elige R2 diez veces más grande que R1 y su voltaje de entrada es de 2V.

editar
La corriente de cortocircuito para los fotodiodos es de 70 µA. Si Vin es, por ejemplo, 1 V, entonces R1 debe tener al menos 15 kΩ para permitir que los amplificadores operacionales también lleven Vb a 1 V. Un valor de 100 kΩ para R1 (y R2) le dará un rango de entrada de varios voltios.

Gracias, gracias, gracias !!!! ¡Esto es exactamente lo que necesito!
@olin Estoy abierto a soluciones alternativas.
@Peter: no estoy seguro de que Olin sea notificado de tu comentario. Lo estoy, porque es mi respuesta, pero él no ha comentado aquí, y creo que es un requisito. Si no vio la sugerencia de nombre mientras estaba escribiendo su nombre, no se lo dirá. Su comentario fue un comentario a su pregunta, no a mi respuesta. Tal vez deberías mover tu comentario allí.
Gracias Steve, solo otra pregunta con respecto a su solución. Se recomienda tener amplificadores operacionales tanto en el lado izquierdo como en el derecho del IL300. La mayoría de los amplificadores que conozco requieren que el voltaje de entrada diferencial sea menor que Vcc del amplificador operacional. Los Lipos están conectados a un ESC que puede proporcionar 5,75 voltios regulados. Puedo usar esto para alimentar el amplificador operacional izquierdo. ¿Debería construir un divisor de resistencia para reducir el voltaje lipo y luego alimentarlo al amplificador operacional izquierdo que funciona con 5.75V? ¿Digamos un divisor de 1/10? ¿Cuáles son tus pensamientos?
@Peter: sí, se recomienda un divisor. No creo que muchos opamps puedan manejar Vcc en su entrada. Pero, ¿por qué 1:10 y no 1:1? Eso colocará el voltaje de entrada justo en el medio, donde tiene el mayor margen hacia arriba y hacia abajo. Lo necesitará especialmente si no está utilizando un amplificador operacional de E/S de riel a riel .
¿No significaría eso que enciendo el amplificador operacional izquierdo con el lipo y tengo el voltaje de entrada del lipo presente en la entrada del amplificador operacional?
@Peter: por 1: 1 me refiero a la proporción de las resistencias de buceo. Dividirán el voltaje por 2. Perdón por la confusión.
Estoy contigo en cierto modo. He hecho un par de cientos de ediciones en mis publicaciones. Lo que es más molesto también es cuando presiono entrar en este foro y se publica automáticamente. Ok, esto supone que el amplificador operacional funciona con la lipo, por supuesto (solo para aclarar). Mi foto ADC se ejecutará puede muestrear 0-5V. Entonces, idealmente, mientras dividimos en el lado izquierdo, necesito que el lado derecho tenga un voltaje entre 0-5V. Es por eso que estaba planeando dividirme aún más. A menos que la ganancia pueda ser inferior a 1 A través de las resistencias R1 y R2 En la imagen de arriba.
@Peter: agregué una sección sobre la función de transferencia del esquema en mi respuesta.
Gracias por la excelente explicación Steve. Elaboraré un esquema y publicaré un enlace URL. Agradezco toda su ayuda. Saludos, Pete
@self - Dios mío. "resistencias de buceo" deberían ser "resistencias de división", obviamente. Las resistencias de buceo son algo completamente diferente.
Aquí está la versión 1 del esquema. Está diseñado para generar un voltaje entre 0 y aproximadamente 3.3V, no 0-5V como mencioné anteriormente (Cambio de plan de mi parte). Enlace esquemático Haga clic aquí Reduce el voltaje lipo de entrada en 0.158 aprox. Luego, salida 1: 1 de este voltaje hacia el lado derecho. Avíseme si ve algún problema o ve problemas. Sugerencias bienvenidas. He pedido estas piezas y pretendo probarlas la próxima semana. El LM358 tiene dos amplificadores operacionales. Uno permanece sin usar en cada lado.
@Peter - Dos problemas. Las resistencias parecían una resistencia demasiado baja, un fotodiodo nunca podrá suministrar 30 mA. La hoja de datos confirma: la corriente de cortocircuito es de 70 uA. Las resistencias tienen que ser de al menos 100k. El LM358 no es RRIO, que recomendé. Con una fuente de alimentación de 30 V, la salida permanece a 4 V (!) Del riel V +. El MCP6001 es E/S de riel a riel y tiene una corriente de entrada baja, lo cual es importante para la corriente baja del fotodiodo. También de baja potencia.
OOps .. Ok .. Puedo reemplazar R1 y R2 con resistencias de 100K que darán una salida de 50uA en IP2. Sin embargo, no estoy totalmente seguro de lo que quiere decir con el amplificador operacional, ya que el voltaje esperado nunca debe ser superior a 22 V. En realidad, estaré ejecutando los lipos a 7.2 o 11.1V. El 22v era simplemente para tener capacidad Lipo de 5 celdas. ¿Este amplificador operacional hará el trabajo? MC33202DR2 o TS464CDT
@Peter: la oscilación del voltaje de salida de un amplificador operacional (consulte la hoja de datos) muestra qué tan cerca está la salida de los rieles. Si es un suministro de 4 V a 30 V, aún puede ser de varios voltios a un suministro de 5 V. ¡Eso significa que no puede producir una salida de 3,36 V, que debería obtener con una batería de 22 V! La salida del MCP6001 puede oscilar entre 25 mV y 4,975 V para un suministro de 5 V.
Gracias por la aclaración. El voltaje de salida del MC33202DR2 oscila dentro de los 50 mV de ambos rieles, lo que es más que suficiente. También puede funcionar con un solo suministro de 1,8 V a 12 V. ¿Funcionará si uso este amplificador operacional, ya que son más fáciles de obtener y hay otros factores limitantes que debo tener en cuenta? Hoja de datos MC33202DR2 hoja de datos ¡Creo que te debo una cerveza si alguna vez estás en Aus!
@Peter - ¡Qué nervio! ¡Ofreciendo una cerveza extranjera a un belga! :-) El MC33201 (no 202, es un amplificador operacional dual) se ve bien, aunque su corriente de entrada es un poco más alta. Aunque no es un gran problema.
A todos los interesados. He podido hacer que esto funcione con éxito con la ayuda de @stevenvh. Hay un capacitor vital que debe conectarse entre los pines 2 y 4 del ILE300. Está en la figura 17 de la hoja de datos. En la entrada de 8 V con un divisor de 0,152 hubo un error de aproximadamente 0,1 V. No está mal considerando que lo probé. A 22V 0.33V error. 8V Vin El nuevo esquema está aquí
@PeterH: el error de 1,25 a 1,5 % se debe a que las resistencias no son exactamente iguales. Puede recortarlo con un potenciómetro de recorte pequeño en serie con uno de ellos, si es necesario. Los valores reales de las resistencias no son importantes, es su relación, vea la última ecuación en mi respuesta.
Sin el condensador tienes este problema. Posiblemente debido al ruido. sin gorra
@PeterH - El paquete llegó esta mañana, muy bien envuelto . ¡Un millón de gracias! (Espero no ver demasiados optoacopladores mirando a Ninotchka). Nuevamente, gracias, parece que te lo debo a partir de ahora :-)
Un placer.. ¡¡Feliz cumpleaños también!! Agradezco toda la ayuda que ofreció en este tema y su amable asistencia. Estoy trabajando duro para llevar este cuadricóptero al cielo... Con este circuito ahora puedo hacer funcionar varias baterías y detectar voltajes bajos a través de una foto :-) Todavía tengo mucho trabajo por hacer, pero estoy cerca de terminar mi primer prototipo de placa pcb (circuitos sensoriales, inalámbricos y todo). Todavía queda más por hacer de mi parte. Una vez que la PCB está lista, comienza la codificación integrada... (siempre que no haya cruzado nada incorrectamente en el diseño) Saludos, Pete
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