[PIC®/AVR®/dsPIC®产品] 用下面的NMOS开关电路做电池电压测量靠谱吗

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稳稳の幸福 发表于 2025-8-28 16:28 | 显示全部楼层 |阅读模式

想做一个超低功耗的供电测量系统,比如用锂电池供电的设备,方便显示实时电量。如果直接用电阻分压做,那电阻不就是一直在损耗电能,咨询了AI,推荐用NMOS做开关,我这做了,但是发现MOS上是有轻微的压降,又看了分压,发现这点压降其实跟电源电压比微不足道,那么大家说说这个电路靠谱吗?


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 楼主| 稳稳の幸福 发表于 2025-8-28 16:29 | 显示全部楼层

关闭后显示也是有轻微的漏电,不过这点应该可以忽略。


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643757107 发表于 2025-8-28 16:38 | 显示全部楼层
压降的来源:
当NMOS导通时,它的 Drain(漏极)和 Source(源极)之间不是一个理想的短路,而是存在一个很小的电阻,称为 导通电阻(Rds(on))。

您测量到的压降 V_ds = 583.3µV 和电流 I = 21µA,恰恰可以用欧姆定律来验证这个导通电阻:
Rds(on) = V_ds / I = 0.0005833V / 0.000021A ≈ 27.78 Ω

一个普通的信号NMOS(如2N7002, SSM3K123等)的导通电阻通常在 几欧姆到几十欧姆 之间。您仿真中MOSFET的这个27.78Ω的Rds(on)是一个非常合理且常见的值。

为什么可以忽略?

对分压比的影响极小:您的分压电路总电阻是 R1 + R2 = 100K + 100K = 200K。NMOS的导通电阻 Rds(on) ≈ 27.8Ω 是与这个200K电阻串联的。

实际的分压比变成了: V_adc = Vcc * (R2) / (R1 + R2 + Rds(on))

计算一下影响: 200000Ω vs 27.8Ω,27.8Ω只占整个回路电阻的 0.0139%。

带来的电压测量误差也是 0.0139%。

量化误差对比:单片机的ADC精度通常是有限的。例如,一个12位的ADC(4096个刻度)测量4.2V量程,其一个最小刻度(LSB) 的值大约是 4200mV / 4096 ≈ 1.025mV。

您由MOSFET压降引入的误差 0.583mV,还不到半个LSB(0.57个LSB)。这已经完全淹没在ADC的量化误差和本身的其他误差(如DNL、INL、噪声)中了,在软件算法(如多次采样平均)中很容易被消除。
643757107 发表于 2025-8-28 16:38 | 显示全部楼层
功耗分析(这正是我们想要的):

您测量到导通时的电流是 21µA。请注意,这个电流只有在您进行测量的极短时间内才存在(比如每秒导通10ms)。

它的平均电流消耗非常低: 21µA * (10ms / 1000ms) = 0.21µA。这相比于让两个100K电阻直接持续接在电池上消耗 4.2V / 200KΩ = 21µA 的恒定电流,功耗降低了100倍!

当MOSFET关闭时,电流几乎为0(只有极微小的漏电流,可能在nA级别),这才是最大的节能所在。
643757107 发表于 2025-8-28 16:38 | 显示全部楼层
给您的建议
您的电路设计是正确的,可以放心地应用到实际项目中。

无需担心这个微小的压降。如果您使用的是非常精密的基准源和高精度ADC(比如16位以上),并且需要测量到极小的电压变化,才需要考虑这个误差。对于电池电压监测(通常精度要求在±10mV甚至±50mV都足够),它毫无影响。

实际应用中,为了确保ADC采样时电压稳定,可以在ADC输入引脚对地加一个0.1µF ~ 1µF的电容。这个电容可以在MOSFET导通后为采样保持电路提供电荷,同时还能滤除噪声。
643757107 发表于 2025-8-28 16:39 | 显示全部楼层
这个电路有个缺点,就是当关闭MOS的时候,测量是VCC,所以要考虑到这一点。
LcwSwust 发表于 2025-8-28 19:09 | 显示全部楼层
NMOS建议与下方那个电阻交换
 楼主| 稳稳の幸福 发表于 2025-8-28 19:43 | 显示全部楼层
LcwSwust 发表于 2025-8-28 19:09
NMOS建议与下方那个电阻交换

马上试试效果
 楼主| 稳稳の幸福 发表于 2025-8-28 19:47 | 显示全部楼层
LcwSwust 发表于 2025-8-28 19:09
NMOS建议与下方那个电阻交换

毫无效果,没法用。
LcwSwust 发表于 2025-8-28 20:49 | 显示全部楼层
稳稳の幸福 发表于 2025-8-28 19:47
毫无效果,没法用。

肯定是你的打开方式不对
小岛西岸来信 发表于 2025-9-4 13:52 | 显示全部楼层
用 NMOS 开关电路测电池电压不太靠谱。NMOS 导通时存在导通电阻,会引入测量误差;且其导通需栅极电压高于源极,可能受电池电压变化影响导致导通不稳定,尤其低电压时易断开,影响测量连续性和准确性,建议用专用模拟开关芯片。
老橘树下的桥头 发表于 2025-9-19 13:45 | 显示全部楼层
用 NMOS 开关电路测电池电压不太靠谱,存在明显缺陷。
NMOS 导通需满足栅极电压高于源极(电池正极),若直接用电池供电,难提供足够栅极驱动电压,易导致导通不充分或截止不严。此外,导通时的导通电阻会分压,直接影响电压测量精度,尤其低电压电池误差更明显。
要不要我帮你整理一份适合电池电压测量的开关电路方案对比表,包含 MOS 管选型要点?
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