随着物联网的发展,单片机+锂电池,这种组合越来越普遍,单片机厂商也不断推出适合物联网的单片机。
先补充一下锂电池的基本知识…
锂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,每个厂家制作的锂电池,略有差异…
鉴于锂电池材料的局限性,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电池的时候,需要时刻监测锂电池电压。
充电的时候,不要超过4.2V,这个要求,需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,就是锂电池电压的一半。
这个一般是怎么来的呢?
可以参考这里:分压电路工作原理
简而言之就是,ADC0的输出电压电压比例,取决于R1和R2电阻大小,具体运算公式为:
ADC0 = VBAT * R2 / R1 + R2
所以,根据这个公式,可以依据上图计算出ADC0 = VBAT * 1/2 。
因为锂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,我们以为锂电池就不耗电了,其实,通过电路可以发现,锂电池其实还在通过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…
如果一直使用3.3V作为基准来测量电池电压,就会出现错误,所以…
需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···
至于软件方面的代码,以后有时间在整理一下发。
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