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如何利用锂离子电池电压测量电路

2021-06-19   点击量:345

如今物联网发展越来越好,单片机和锂离子电池组合已经越来越普遍,生产单片机的商家当让不会放过此商机,不断推出随物联网发展的单片机。


首先带大家了解一下什么是锂离子电池


锂离子电池在充满电的时候,是4.2V;在用完电的时候,不是0V,而是2.7V左右,每个厂家制作的锂离子电池,略有差异…


鉴于锂离子电池材料的局限性,电压超过4.2V,会发生危险,比如燃烧;电压低于2.7V左右,会造成无法再次充电,总之…


锂离子电池电压过高和过低,都会造成永久损坏,所以…


我们的产品在使用锂离子电池的时候,要时刻监测锂离子电池电压。


充电的时候,不要超过4.2V,这个要求,要产品中加入充电管理芯片,充电管理芯片会自动在4.2V的时候切断充电。


放电的时候,也就是产品在正常使用的时候,不要让锂离子电池电压低于2.7V,比如,在2.7V的时候,自动强制关机。


那么,锂离子电池电压监测电路应该怎么设计呢?


如上图所示,应该是初学者最先想到的办法。不过,仔细分析后会发现,有大问题,我们来分析一下···


VBAT连接到锂离子电池正极,通过两个电阻分压,连接到单片机的ADC引脚。ADC测到的电压,就是锂离子电池电压的一半···


因为锂离子电池的电压范围大概在2.7V到4.2V之间,所以ADC引脚的电压会在1.35~2.1V之间,不会超过普通单片机的3.3V电压,看起来很合理,不过···


当产品处于关机状态时,我们以为锂离子电池就不耗电了,其实,通过电路可以发现,锂离子电池其实还在通过2个10k的电阻耗电···


随着时间的推移,该产品放着放着电就减少了,而且当电池电压减少到2.7V以下时,就可能无法充起电来了···


我在国外的一款产品上,看到了这样的一个电路,当然,已经把它使用到我的产品当中


上面电路,很巧妙的解决了这个问题,代价是电路板上多了1个MOS管和2个电阻,CTRL引脚是单片机的一个普通引脚,在单片机断电的时候,要求是高阻态,否则也会耗电···


这里加MOS管并不是用来控制“是否要测量电池电压”,而是为了在产品关机的时候,不要让锂离子电池电池的电压通过两个分压电阻。


此时,还有个问题要解决···


产品在正常使用的过程中,当电池电压小于3.3V时,LDO的输出电压,就不再是3.3V了,随着电池电压的减小,LDO的输出电压也会减小,此时…


假如一直使用3.3V作为基准来测量电池电压,就会出现错误,所以…


要使用有基准电压引脚的单片机,或者有“内部参考电压”+“内部测量通道”功能的单片机···


用基准电压引脚计算电池电压,这个大家都清楚,我重点说一下“内部参考电压”+“内部测量通道”这个功能。


简单来说,有了“内部参考电压”+“内部测量通道”之后,我们就可以直接通过内部测量通道得到精确的VDD电压,而不必使用基准电压芯片了,毕竟···


基准电压芯片也挺贵的,还得在电路板上占个地方,以及多几分钱的焊接费用···


下面,我们以STC8G系列单片机为例来说一下。


STC8G的ADC第15通道,用来测量内部参考电压源,内部参考电压为1.19V,通过测量它的值,反推出VDD值。


如上图的代码,会获得真实的VDDA值,最终会计算出单位是毫伏真实的电池电压。


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钜大特种电池工程研究院

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