¿Qué debo tener en cuenta al usar un divisor de voltaje como sensor de voltaje?

La mayoría de las entradas del microcontrolador están protegidas por diodos en cada riel. Estos diodos no son muy grandes, por lo que no pueden tomar mucha corriente. Debe asegurarse de que los diodos de protección del pin de entrada no estén sujetos accidentalmente a corrientes que excedan su especificación máxima. Si diseña su divisor adecuadamente y no comete ningún otro error, entonces esto es bastante fácil. Simplemente asegúrese de que el voltaje del nodo de su divisor no sea mucho menor que el de GND y que no sea mucho mayor que \ $ V_ {cc} \ $. Sin embargo, tiendo a preferir agregar otra resistencia, pasando del nodo divisor del punto medio al pin de entrada en el micro. Por si acaso una resistencia se cortocircuita accidentalmente por un momento. En el caso de la familia MSP430x2xx, el valor actual máximo absoluto de diodo es \ $ \ pm \ $ 2mA.

La corriente de fuga del pin de E / S utilizado para un ADC (o comparador, supongo) también debe ser consultada. En el caso de la familia MSP430x2xx, esto suele ser alrededor de \ $ \ pm \ $ 50nA, el peor de los casos.

Aquí hay un circuito de ejemplo que podría probar:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Comencé suponiendo que quería que la corriente máxima absoluta de diodo fuera muy inferior a 2 mA; llamémosla 1 mA. Asumiendo que el voltaje de la batería podría llegar a 14V o menos, y suponiendo que de alguna manera \ $ R_1 \ $ esté momentáneamente en corto, quiero que \ $ R_3 \ $ sea mayor que \ $ \ frac {14V-V_ {cc}} { 1mA} \ $. Con \ $ V_ {cc} \ $ de 5V, esto significa quizás 10k \ $ \ Omega \ $. Solo como un cheque, la fuga en el peor de los casos a través de \ $ R_3 \ $ conduce a una caída de 500 \ $ \ mu \ $ V (lo que es un error de precisión aceptable, creo)

La fuga de 50nA también sugiere que si quiero mantener los errores por debajo de 0,1 V o así, podría tolerar una impedancia divisoria de aproximadamente 2M \ $ \ Omega \ $. Así que decidí que un 470k \ $ \ Omega \ $ está bien para \ $ R_1 \ $.

Lo que queda es \ $ R_2 \ $. Decidí que la tensión del nodo central en \ $ V_x \ $ debería ser aproximadamente 2.5V cuando la tensión de la batería está en ese valor arbitrario de sobretensión de 14V. Entonces, esto establece \ $ R_2 \ $ a 100k \ $ \ Omega \ $. A 12 V, \ $ V_x \ $ estará más cerca de 2.1V o menos. Bien dentro del rango de muchos ADC.

Podrías hacer más. O podrías hacerlo de otra manera. Utilicé valores de resistencia más altos porque me preguntaste sobre el consumo actual. Este divisor no consumirá mucha energía. Pero también podría considerar una forma de deshabilitar el divisor por completo cuando no estaba en uso por menos energía. O puede reducir los valores de \ $ R_1 \ $ y \ $ R_2 \ $ para proporcionar más carga (contra la estática). O bien, podría intentar usar una constante RC cronometrada para realizar sus mediciones. También puede agregar diodos externos desde el nodo \ $ V_x \ $ o el pin ADC a ambos rieles. Hay más ideas, estoy seguro.

1. A menos que la válvula solenoide no esté cargando la batería, está bien el primer corte.

2. Como vas a sentir el voltaje dentro de micro, tiene que ser con ADC. Y, en general, las entradas de ADC tienen una impedancia muy alta, por lo que no hay posibilidad de que el chip adquiera una gran corriente.

3. Aún para estar en un lado más seguro, cuando sin saberlo, toma el pin del sensor del microcontrolador como salida y lo pone en cero, este es el peor de los casos que puede suceder. Entonces, conecte la resistencia superior en el divisor de voltaje con un valor mayor que (12 / 10mA) = 1.2K. Es mejor estar alrededor de 10K y, por lo tanto, calcular la resistencia de fondo.

Habrá una impedancia de entrada máxima permitida para un ADC de microcontrolador (o un comparador en chip). Un valor máximo recomendado típico para algunos micros de 8 bits es 10K.

Entonces, si asumimos que el voltaje real es 0-12V (una batería de plomo-ácido será más como 14V cuando se está cargando), necesita un divisor de voltaje con una relación de 7: 5 para R1: R2 y R1 || R2 < = 10K. Supongamos que queremos el valor de seguridad más alto.

Resuelva eso y verifique los valores estándar de E96 y obtendrá R1 = 23.7K y R2 = 16.9K. La relación es 7: 4.991 y R1 || R1 es 9.86K, que es < 10K. Sacará 300uA de la batería. Para reducir eso necesitarías agregar un amplificador activo, asumiendo que 10K es un número válido.

Si desea protegerse contra los transitorios, puede agregar algunos sujetadores. Supongamos que reduce los valores del divisor a aproximadamente la mitad y agrega un 4K99 en serie con la entrada. Luego agregue diodos de sujeción a los suministros.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El zener 1N4734 evita que la tensión de alimentación aumente por encima de 5,6 V (nominal) incluso con grandes transitorios positivos (la mayoría de los reguladores no consumen corriente). Incluso con picos de +/- 120 V, la corriente a través de los diodos será de alrededor de 10 mA, lo cual es bastante fácil de manejar. Si se garantiza que su circuito consuma más de 10 mA (quizás tenga un indicador LED) y la resistencia de picos de 120 V está bien, puede omitir D3.

A R4 se le asigna la mitad de la impedancia de la fuente total para mantener la corriente a través de las redes de protección de entrada del microcontrolador en condiciones de falla relativamente bajas; es probable que se encuentre en cientos de uA en el peor de los casos.

R3 es una resistencia (5% está bien) que hace que la relación de división sea exacta para los valores nominales (estándar) de resistencia. Tenga en cuenta que este circuito modificado consume aproximadamente el doble de la corriente de la batería (aproximadamente 0,6 mA). Si hay una gran cantidad de ruido en la señal, puede conectar R2 en paralelo con un capacitor, preferiblemente un tipo de fuga baja, como una cerámica 1uF X7R.

Si está utilizando la fuente de alimentación del microcontrolador como referencia de su ADC, la lectura solo será tan precisa y estable como la fuente de 5V.