Medición de voltaje y corriente de la batería ¿Extremo único o diferencial?

Estoy tratando de medir la corriente y el voltaje de la batería para un proyecto de monitoreo/carga de batería. He leído todo sobre la detección de corriente (incluida la detección del lado alto y del lado bajo). Y he decidido usar resistencias de derivación para la medición de corriente, ya que son precisas en comparación con otros dispositivos de medición de corriente. Mi batería sería una batería de iones de litio y la clasificación máxima de este soporte de batería sería (4,3 V, 40 A).

Sin embargo, estoy confundido sobre cómo medir el voltaje y la corriente usando un ADC, es decir, si debe medirse de forma única o diferencial. A continuación se muestra un boceto muy aproximado de mi circuito. (Este ADC estaría interconectado con un microcontrolador)

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La batería se puede ver conectada a un convertidor reductor para cargarla. Y y ADC también se pueden ver.

( Tenga en cuenta que mis bocetos pueden no ser precisos, pero me refiero a todo lo que he escrito aquí y en los diagramas )

Lo que creo es que, si trato de medir el voltaje y la corriente de mi batería de esta manera (que se muestra en la imagen a continuación), mi voltaje sería diferencial (ya que el terminal negativo de la batería no está directamente conectado a tierra, hay una derivación en el medio) entonces yo tiene que alimentarlo a un ADC de entrada diferencial, mientras que la corriente debe medirse de forma individual, ya que una pata de la derivación está conectada a tierra.ingrese la descripción de la imagen aquí

Y si trato de medir el voltaje y la corriente de mi batería de esta manera (que se muestra en la imagen a continuación), mi voltaje se terminaría solo (ya que el terminal negativo de la batería está directamente conectado a tierra), y mi medición actual tendría que hacerse diferencialmente ( ya que mi derivación se coloca entre mi suministro y la batería).

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Ahora, no soy un experto en ADC, pero por lo que he leído sobre ellos (también sus hojas de datos), si un ADC tiene entradas de extremo único y diferencial, podemos usarlo como un ADC de entrada de extremo único O podemos usar como un ADC de entrada con terminación diferencial. Lo que significa que no podemos usarlo como entrada única y diferencial al mismo tiempo.

Lo cual me lleva a mi pregunta. ¿Cuál podría ser una solución para ello? ¿Debo usar 2 ADC diferentes, uno para entrada de un solo extremo y el otro para entrada de extremo diferencial? ¿O puedo medir tanto la corriente como el voltaje de manera diferencial y alimentarlos a un solo ADC configurado como un ADC de entrada diferencial? PD: no espero usar un AMP de terminación simple a diferencial, ya que se supone que debo medir estas cantidades con la mayor precisión posible, y la introducción de dicho AMP disminuiría la precisión de medición de mi sistema.

Entonces deja la pregunta, ¿puedo medir ambas cantidades de manera diferencial? como se muestra en la imagen a continuación, que solo está alimentando las conexiones de medición de voltaje a la entrada '+' y '-' de un ADC de entrada diferencial. Como el terminal negativo de la batería en este caso estaría en el potencial de tierra, ¿puede alimentarse al terminal '-' de un ADC de entrada diferencial? (Como no tengo mucho conocimiento en el campo de la electrónica, no sé si sería posible o no, o lo que estoy preguntando aquí es totalmente estúpido)

Sus comentarios útiles serían muy apreciados,

Gracias.

Gracias.

Respuestas (3)

...por lo que he leído sobre ellos (también sus hojas de datos), si un ADC tiene entradas de extremo único y diferencial, podemos usarlo como un ADC de entrada de un solo extremo O podemos usarlo como un ADC de entrada de extremo diferencial . Lo que significa que no podemos usarlo como entrada única y diferencial al mismo tiempo.

Esto no siempre es cierto. Por ejemplo, he usado ADS1015 en un par de proyectos recientemente. En este chip, cada vez que cambia el canal que se lee, también tiene la opción de cambiar entre medición diferencial y de un solo extremo. (Esto no es un respaldo de este chip para su proyecto. Solo es un ejemplo de un chip que no tiene la limitación que pensó que era universal)

Además, incluso si tuviera un dispositivo que tuviera que configurarse como unipolar o diferencial para todos los canales al mismo tiempo, nada le impide usar tierra como una de las entradas de un canal diferencial. Así que podría configurarlo como diferencial y continuar con su diseño. Lo único que perdería es la oportunidad de usar el cuarto pin de entrada para algún otro propósito.

Otra opción, si planea usar un acondicionamiento de señal externo, puede hacer una conversión de diferencial a un solo extremo en el circuito de acondicionamiento de señal, y su ADC nunca sabrá que las señales son todo menos un solo extremo. Básicamente, esto hace que los amplificadores que se muestran en sus diagramas sean dispositivos externos en lugar de internos al chip ADC (y agregue algo de filtrado en sus redes de retroalimentación para reducir el ruido).

Si puedo usar tierra como una de las entradas a un canal diferencial, entonces mi problema está resuelto. Nada de que preocuparse. ¡Muchas gracias por tu respuesta!
@yiipmann, verificaría dos veces la hoja de datos de su ADC para asegurarme de que esté bien con entradas muy cerca del suelo, pero debería estar bien o debería poder encontrar un ADC donde esté bien.
¿Puede decirme una cosa más? Un amigo mío me dijo que, dado que los valores de mi señal serían solo positivos y que usaría un ADC de entrada diferencial, perdería 1 bit de resolución (por ejemplo, para un ADC de 12 bits, sería utilizando 11 bits de resolución). No sabía la razón exacta de eso, pero dijo que era así. ¿Puedes decirme si es correcto? Si es así, ¿POR QUÉ?
@yiipmann, sí, eso es básicamente correcto. Si el rango de entrada es de -2.5 a +2.5 y solo usa la mitad de ese rango, efectivamente pierde 1 bit de resolución.

Creo que todas sus soluciones propuestas son posibles buenas soluciones.

Si se implementa correctamente, creo que no importa mucho si opta por una solución diferencial completa o parcialmente de un solo extremo. Pero, en general, los circuitos diferenciales son menos sensibles a las perturbaciones externas.

Asegúrese de que los amplificadores (diferenciales) tengan la ganancia de voltaje correcta de modo que utilice el rango completo del ADC.

Otro problema potencial, dado que utilizará un convertidor de conmutación, habrá ruido de conmutación en la corriente y el voltaje medidos. El uso de un filtro de paso bajo entre la resistencia de derivación/batería y la entrada del amplificador podría ser suficiente para suprimir este ruido lo suficiente. Algunos promedios de los valores medidos del ADC también podrían ayudar y mejorar la precisión.

¡Y felicitaciones por hacer su tarea y ya sabe mucho más que muchos buscadores de respuestas en este foro! :-)

Muchas gracias por tu respuesta. Considerará usar el LPF, lo investigará.

¿Qué valor está usando para una resistencia de detección? Muchos cargadores/monitores de baterías de iones de litio de 4,3 V utilizan 10 mOhm; a 40 A, generaría 400 mV y quemaría 10 mOhm * (40 A) ^ 2 = 16 W. Parece bastante derrochador, sin mencionar que será costoso pagar una resistencia de precisión en esa clasificación.

Obtenga una resistencia lo suficientemente pequeña como para que el voltaje a través de ella sea despreciable; entonces puede medir tanto el voltaje de la batería como la corriente de un solo extremo.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

También puede calibrar la caída en la resistencia de detección con VBAT' = VBAT - IBAT * RSNS.

La única preocupación que veo aquí es la precisión/el ruido de la medición actual. 4mV detectados son 40A, por lo que escalar eso a una entrada ADC de 0-5v requeriría una ganancia de 1250. Es factible, pero el ruido y cualquier EMI también se amplificarán. Considere trazas de blindaje y protección, y filtre la salida con un filtro de paso bajo.
La resistencia de detección que planeo usar a 40 A son estas y tienen una resistencia de 0,6667 mOhms con una caída de 50 mV a plena potencia, así que supongo que no quemaré mucha energía. Sin embargo, buscaré en LPF para la cancelación de ruido.
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