Medición diferencial de alto voltaje

Hay soluciones estándar para este problema, no es necesario meterse con los transformadores y los circuitos exóticos. Puede aprovechar el hecho de que es mucho más fácil aislar una señal digital que una señal analógica y usar comunicaciones en serie entre su microcontrolador y el monitor de la batería. Debe buscar un "monitor de pila de batería multicelular". Como ejemplo, el Linear Technology LTC6802 puede monitorear los voltajes en hasta 12 celdas de iones de litio y proporcionar el voltaje datos a través de una interfaz SPI.

No estoy seguro de si te dejará con suficiente precisión el uso de este método, pero primero me dirijo en esta dirección por su simplicidad. En cada punto de unión entre las baterías, configure un divisor de voltaje a tierra donde obtenga 1/16 del voltaje total de la unión. Con un máximo de 50.4V, esto resultaría en un voltaje de entrada máximo para su sistema de 3.15V. Luego puede usar un mux estándar de bajo voltaje o simplemente puede enviar cada uno de los 11 puntos (o 12 si cuenta tierra) directamente a su uController, que tendría un ADC de 12 bits internamente capaz de realizar muxing en esas 11 señales. Perdería 4 bits de resolución debido al divisor de voltaje 16X (2 ^ 4). El resultado final sería los 8 bits que buscas. El truco para esta configuración sería obtener resistencias de tolerancia muy ajustadas.

Para medir el voltaje de cada celda, simplemente tomarás el voltaje en los dos puntos a su alrededor y restarás el máximo del bajo.

Me gustaría poner un microcontrolador barato en cada batería. Hay muchos micros que pueden funcionar de 3 a 4,2 V directamente y consumen muy poca corriente. El micro mediría el voltaje de la celda y luego enviaría la información digitalmente a través de un optoaislador.

La salida de todas las opciones de todas las celdas sería paralela, cada una de las cuales puede tirar hacia abajo en la misma línea. El único truco restante sería entonces asegurarse de que solo un micro envíe sus datos a la vez. Esto podría hacerse con un esquema de paso de tokens.

El micro en la celda con referencia a tierra puede ser activado directamente por el controlador principal. Después de que envíe sus datos, afirmará la señal de disparo a la siguiente celda superior. Esto se puede cambiar de nivel de varias maneras. Mi primera reacción es usar un transistor en una configuración de base común, pero también hay otras formas. El punto es que esto es barato y fácil de hacer porque el terreno para el próximo micro es el riel eléctrico del micro actual.

Una de las ventajas de este esquema es que puede apilar muchas celdas de esta manera, todas usando el mismo circuito de medición. La precisión y la resolución son las mismas para cada celda de la pila.

Verifique esto, es probable que esta sea la solución más fácil para su problema:

enlace

Al usar diodos de referencia y divisores de voltaje, puede traducir y escalar cada voltaje a 0-3.3V, donde se puede medir por el ADC en el chip.

Como es probable que su chip no tenga 10 pines de entrada analógica, podría usar un demultiplexor analógico.

El método obvio es usar una medición diferencial, pero obtener una precisión aceptable con ese método es bastante difícil.

Un sistema de condensadores voladores podría ser menos problemático, pero en este caso requeriría interruptores de voltaje bastante alto.

Los amplificadores de aislamiento individuales son un poco caros, pero funcionarán con un mínimo de problemas.

Hay otro método posible: Si conecta un transformador por canal a través de un diodo a cada celda, puede pulsar el transformador y medir la forma de onda de voltaje en el extremo de conducción para determinar el voltaje de la celda. Se pueden usar un par de canales de repuesto para la calibración (cero / Vref), por lo que necesitaría 14 canales. Aunque es un poco más de un proyecto.

Editar: para ampliar la idea del transformador, aquí es un Jim Williams ( RIP) nota de aplicación AN112 que lo describe en el contexto de la medición de la batería, y un diagrama de bloques, esquema de esa AN. Utiliza BJTs conectados como diodos. El transformador es un Pulse Engineering PA2100NL / PA2101NL.

Necesitará una docena de amperios de diferencia o de instrumentación con alto voltaje de modo común que alimenta un sistema de adquisición de datos.

Un amplificador disponible comercialmente es el AD627. Para saber cómo hacer rodar el suyo, consulte enlace , pero tenga en cuenta que la coincidencia de resistencia es fundamental. Además, cualquier amplificador de instrumentación de alto voltaje usará un divisor de voltaje interno, y esto descargará las celdas si se da el tiempo suficiente.

Si no puede permitir ninguna descarga durante la medición, tendrá que ser creativo. Si puede configurar su amplificador de tierra en el punto medio de la cadena de celdas, solo tiene que lidiar con +/- 25 voltios. Puede obtener opamps de alto voltaje para manejar esto, y hacer una docena de seguidores de voltaje para amortiguar las celdas individuales, luego hacer divisores de voltaje / opamps para medir las diferencias. Esto requerirá un conjunto no estándar de fuentes de alimentación, y tendrá que garantizar que las fuentes del amplificador floten con la batería WRT.

Una vez que haya condicionado los voltajes de diferencia a algo razonable, hay muchas compañías que hacen sistemas de adquisición de datos.