Fenêtre de mesure de tension via ADC

[Manudax]

Bonjour,

je possède un montage à base de microcontrôleur alimenté par batterie Lipo.
Le montage va contrôler la tension de la batterie via son ADC 10 bits avec une tension d'entrée comprise entre 0 et 1V.
Je cherche donc à mesurer la tension de la batterie entre 3V et 4.5V
Le plus simple serait de passer par un pont diviseur pour rabaisser la tension dans la plage acceptable.
Une autre solution serait de passer par un ADC externe de 12bits ou plus pour avoir la précision dans la plage voulue.

je ne souhaite mesurer que la plage de 3v à 4.5V et avoir en entrée les 1024 valeurs de l'ADC:
Ex: 3V --> 0
|
|
4.5V --> 1023

Comment créer une fenêtre de mesure sur la plage d'entrée?
Je pense à un AOP mais je ne vois pas le schéma.
Je n'ai pas de tension négative car le montage doit être de très petite taille et utiliser peu de composants en CMS.

Merci pour de l’intérêt que vous portez à ma question.
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[Chtulhu]

Bonjour,

il vous faut un AOP monté en suiveur pour mesurer sans consommer (par exemple un MCP6441 consomme moins d'1µA).
Pour faire une loupe il faut créer un amplificateur de différence et amplifier uniquement la plage souhaitée tel que vous l'avez décrite pour avoir au max 5V.
Vs=(4.3-3)*3.84
Le 3V sera fait avec par exemple une référence de tension à très faible consommation.
Un gain de 3.84V est facile à faire avec des résistances.
La tension max pour le lithium c'est 4.2V pas 4.5V, avec 4.3V vous avez suffisamment de marge.
Pour consommer encore moins vous pouvez utiliser un petit PMOS que vous activerez pour alimenter cette fonction toutes les 10s par exemple, la tension variant lentement.

[Chtulhu]

Ce qui va consommer le plus est votre µC.
Quand on veut superviser une cellule lithium il faut adopter une stratégie d'ultra faible consommation, avec 2 bases de temps et un watch-dog, c'est le minimum.

[bobflux]

Tu peux aussi choisir un µC doté d'un ADC généreux en bits, certains MSP430 ont un ADC 16 bits sigma delta. Ça dépend de ton application.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Manudax]

Merci pour vos commentaires et conseils.

bobflux, mon µc est un ESP8266 parce que "wifi embeded" et c'est ce qui consommera le plus c'est un fait mais il dispose de différents modes "Modem/Light/Deep Sleep".

Chtulhu, le µc va acquérir toutes les mn ou 5/10mn des données des capteurs avec le Wifi off puis les stocker en EEprom. Au bout d'un certain temps il enverra les données via Wifi à un serveur Web.
Les capteurs seront alimentés au moment de l'acquisition via un MOS commandé par un port du µc (voir mon schéma de test).
Pour le gain de l'AOP cela devrait aller mais pour la loupe avec un montage différentiel je vais chercher des exemples pour me guider.
Vos précisions sont pertinentes, je vais essayer de réaliser un schéma suivant vos conseils et le simuler avec Isis mais ce n'est pas mon fort, je suis plus à l'aise du côté du soft et de l'électronique numérique.


Bonne soirée.

[USMC]

Bonsoir,

Si c'est pour superviser une seule cellule, une puce type MAX17043 devrait faire l'affaire nan ?
https://www.maximintegrated.com/en/p.../MAX17043.html

En plus il existe une bibliothèque arduino pour ton ESP, si c'est pas magnifique

[Chtulhu]

Un arduino pour mettre sur une lithium?
C'est un peu comme transporter 10 sacs de ciment dans une mini (l'arduino) à coté d'un petit sac à main (le maxim)... ça fait désordre coté consommation.

[Chtulhu]

Il est bien plus rationnel d'employer un stamp wifi et d'exploiter son µC spécialement conçu pour des applis very low power, comme sait le faire l'ESP8266.

Cela dit il manquera toujours la partie protection de la cellule, la jauge Maxim ne fait pas tout.

Vous avez ce type de circuit qui fait tout, protections et jauge:

http://www.ti.com/lit/ds/slusas3c/slusas3c.pdf

Tout dépend l'objectif et les compétences.

[Manudax]

Merci pour vos réponses,
je vois que vous avez plein d'idées, je ne vais pas utiliser de composants spécifiques pour monitorer la charge/décharge de la batterie mais juste mesurer une plage de tension avec un µc et quelques composants usuels.

A un certains seuil de décharge le µc m’envoie une alerte et je remplace ou recharge la batterie, dans tous les cas il faudra que je m'en occupe.
En restant assez générique j'aurai le choix d'utiliser une ou plusieurs batteries Lipo je pense même à une "power bank", pour moins de deux Euros j'ai le boîtier et tout le système de charge/décharge/protection.
powerbank.jpg

Au niveau de la consommation entre le Stamp Wifi que je ne connaissais pas et l'Esp8266 il n'y a pas grande différences en regardant les datasheets :
Pour Le stamp wifi
stampwifi.jpg

Pour l'ESP8266
esp8266.jpg


Merci pour vos commentaires.

[Chtulhu]

On ne gère pas une LiPo comme une alim quelconque, on ne le dira jamais assez....

[Manudax]

Merci pour les conseils,
quel est dans mes propos la partie qui vous fait penser que je considère les Lipo comme des alim quelconques, pour la décharge j'ai indiqué que je veux monitorer la tension de seuil, haute et basse, pour la recharge, je passe par une power bank avec module intégré ou un iMAX b6.
Je pense être dans les clous, c'est avec plaisir que je prends toutes les bonnes idées.

[USMC]

Hello,

Nan je ne voulais pas faire rajouter un arduino
Je ne sais pas comment Manudax programme son ESP8266, j'ai pris un raccourci en me disant qu'il utilisait surement l'IDE Arduino.
si ce n'est pas le cas, mea culpa ^^

Du coup, la jauge maxim fonctionne en i2c, il y a des versions d'ESP8266 avec i2c.
Il y a une bibliothèque compatible avec l'IDE Arduino, c'est tout benef.
C'est mon approche de mec qui n'aime pas pisser de la ligne de code.

En plus, la jauge coûterait surement moins que l'ADC + AOP si c'est juste pour avoir l'état de charge de la batterie.

Manudax, écoute bien les conseils de Chtulhu (ou autres d'ailleurs) par rapport aux batteries LiPo.
Ton power bank à 2€ tu peux laisser tomber, sauf si tu ne tient pas à tes sourcils.

[Chtulhu]

quel est dans mes propos la partie qui vous fait penser que je considère les Lipo comme des alim quelconques

Ceci:

je ne vais pas utiliser de composants spécifiques pour monitorer la charge/décharge de la batterie mais juste mesurer une plage de tension avec un µc et quelques composants usuels.

Une LiPo n'est pas fourni avec une carte de protection, l'usage commercial principal étant le modélisme.
Vendue seule elle ne nécessite que sa certification UN38.3, alors qu'avec un PCM ou un BMS associé c'est l'ensemble qui devrait être homologué UN38.3 pour pouvoir être transporté.
C'est une manière subtile de détourner la législation, donc en l'état elles sont vendues sans protection, c'est à vous de la réaliser.

[Manudax]

Merci pour vos précisions,
en disant que je ne vais pas monitorer la charge/décharge avec le µc c'est que je vais le faire par un autre moyen comme je l'ai précisé après.
Il existe des batteries type 18650 Li-ion qui peuvent faire l'affaire dans mon cas, avec sur la partie positive le dispositif de protection.
Le Lipo n'est peut-être pas adapté j'en suis à la partie "design" pour le moment.

Le but premier de ma question à laquelle vous avez très bien répondu est de trouver un montage pour décaler une plage de tension et de la mesurer avec un µc.
Cela peut me servir pour d'autres usages, je n'ai pas trouvé d'info dans mon entourage ni sur internet et je n'ai pas les compétences pour trouver la solution.

Merci à tous les deux.

[Chtulhu]

Vous pouvez adopter le schéma suivant qui est un amplificateur de différence de base:



Pour calculer les résistances selon le besoin de votre gain vous procédez ainsi:

L'AOP a une rétro-action entre son entrée - et sa sortie => AOP en mode linéaire => e=0 => V+=V-

V+=R1.V2/(R1+R2)
V-=(V1.R4+Vs.R3)/(R3+R4)

=> R1.V2/(R1+R2)=(V1.R4+Vs.R3)/(R3+R4)
=> (R3+R4).R1.V2/(R1+R2)-V1.R4=Vs.R3
=> Vs=(R3+R4).R1.V2/[(R1+R2).R3]-V1.(R4/R3)

On prend R2=R3 et R1=R4

Ce qui donne Vs=R1/R2(V2-V1)

Il nous faut un gain de 3.84
R1/R2 est le gain du montage
=> R1=3.84*R2
on prend R1=100K => R2=26K

Vous fixez une référence de 3V en V1 et vous mesurez en V2 votre tension cellule.
Pour un meilleur résultat vous pouvez mettre un AOP monté en suiveur en sortie de ce montage pour être à basse impédance sur l'entrée de mesure de votre µC

[Manudax]

C'est très complet et précis comme réponse.

J'avais trouvé pas mal de docs/tutos sur les AOP et la manière de les utiliser dans différents cas mais je n'avais pas réussi à faire le rapprochement entre mon cas et ce que j'ai vu.
Avec toutes les infos que vous m'avez fourni je pense avoir eu une bonne aide dans la théorie, passons à la pratique.
je vais modéliser tout ça sur Isis et faire une simulation avec les données que vous proposez pour me rendre compte et essayer de comprendre.

[Manudax]

Bonsoir,
je viens de reproduire selon vos indications le schéma mais je n'obtiens pas les valeurs attendues.
2V en V2 --> 2V en Vs
3V en V2 --> 3V en Vs
4V en V2 --> 0V en Vs

[Chtulhu]

Faites voir votre simulation ou le schéma que vous avez testé.

[Manudax]

Voici le schéma simulé avec Isis

[Chtulhu]

Vous trouvez que ça ressemble à ce que je vous ai dit?
Vérifiez bien.

[Manudax]

Merci pour votre expertise, en effet une grosse faute de ma part.
je n'ai plus qu'a mettre un pont diviseur en sortie de l'AOP pour avoir la plage de 0 à 1V de l'ADC.
Avec dix composants communs j'ai une partie fonctionnelle du montage, je vais sans doute prendre une référence de tension comme le REF3130 de Ti http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ref3125.pdf
ou un LM4040 https://datasheets.maximintegrated.c...40-LM4040D.pdf
je crois que j'ai des TL431 en stock qui pourront aussi faire l'affaire.
Merci encore.