Batterie von ADC-Eingang des uC trennen (low power)

Was ist denn der Eingangswiderstand des ADC? Wenn der hinreichend groß 
ist, würde ja vielleicht ein Serienwiderstand davor genügen.

und die Batterie nur für die Messung mittels Optokoppler oder p-channel 
FET an den ADC zu legen ist keine Option?

Ich weiss nun nicht genau wie hochohmig ein Opto oder p-FET bei aus ist, 
dürften aber einige Mohm sein, das sollte genügen.

Hmja, wenn du tatsächlich 1 µA willst, ist der benötigte 
Serienwiderstand vermutlich zu groß ...

Was ist, wenn du den ADC-Input im Power Down als "Output High" GPIO 
konfigurierst? Der Controller bei dem ich mal Low-Power-Kram gemacht 
habe, hat die GPIO-Zustände im Power Down beibehalten, und dann würde 
kein Strom in den Pin fließen.

Edit: Äh ne moment, ich bin verwirrt: warum ist dein Mikrocontroller 
eigentlich nicht mit der Spannungsversorgung verbunden? Ich dachte, der 
ist nur im Power Down?

Jiri D. schrieb:
> Gibt es Alternativen zu analog switches?

Ich verstehe dein Problem nicht.

Jiri D. schrieb:
> Ein uC wacht regelmäßig auf (z.B. 1/12h) und macht mit seinem ADC eine
> Spannungsmessung des Akkus/der Batterie. Wenn eine Schwellspannung
> unterschritten wird, soll der uC den Boost-Regler und somit sich selbst
> abschalten, um den Akku nicht tief zu entladen.

Wie soll er denn dann jemals wieder aufwachen ?

Jiri D. schrieb:
> von einer NiMH Zelle (Eneloop, ggf. soll auch Primärzelle gehen)

Du suchst also einen uC, der an 1 Zelle läuft, beim Schlafen wenig Strom 
braucht, und seine eigenen Betriebsspannung messen kann.

Du willst also einen Texas Instruments MSP430L092. Die 6uA sind weniger 
als der Akku Selbstentladung hat. Vergiss den MAX17222.

Michael B. schrieb:
> Jiri D. schrieb:
>> Ein uC wacht regelmäßig auf (z.B. 1/12h) und macht mit seinem ADC eine
>> Spannungsmessung des Akkus/der Batterie. Wenn eine Schwellspannung
>> unterschritten wird, soll der uC den Boost-Regler und somit sich selbst
>> abschalten, um den Akku nicht tief zu entladen.
>
> Wie soll er denn dann jemals wieder aufwachen ?

Bei so einer Anwendung üblicherweise gar nicht, nur wenn jemand die 
Batterie wechselt. Bringt ja sonst auch nix: ist eh kein Strom mehr da.

Charge Management ICs wie der ADP5090 wachen wieder auf, wenn genug 
Ladestrom kommt.

Servus,

man könnte die Messung dynamisch machen.
Sequenz zur Messung:
1. ADC-Port auf Output low schalten
2. Pulse High -> über den Transistor C1 entladen.
3. ADC-Port auf Analog Input schalten.
4. Pulse Low -> Transistor sperrt. Über C1 liegt nun die 
Batteriespannung am ADC an.
5. Messung starten.

MiWi schrieb:
> so funktioniert das.

Den BSS84 mit unter 1V so einschalten dass zumindest 1mA fliesst ? Nicht 
sicher.

Aber eine einzelne NiMH Zelle mussw man nicht vor Tiefentladung 
schützen, eine Primärbatterie schon gar nicht.

Die ganze Schaltung ist überflüssig wie ein Kropf. Wenn der step up 
mangels Eingangsspannung aus geht, dann geht er eben aus, fertig.

Michael B. schrieb:
> Die ganze Schaltung ist überflüssig wie ein Kropf.

Ich könnte mir vorstellen, daß man als Anwender eines Batterie- bzw. 
Akku-betriebenen Gerätes auch gern von diesem eine Meldung über baldige 
Notwendigkeit eines Batterietauschs oder den Wunsch zur Aufladung 
bekommen möchte, bevor es schlicht den Dienst quitiert.

Hier noch eine dynamische Alternative mit PNP. Vorteil gegenüber der 
anderen Schaltung: der ADC-Eingang kann immer auf Analog Input stehen 
und es ist unmöglich, die Batterie durch falsche statische Pegel 
versehentlich zu entladen.

Thomas E. schrieb:
> Ich könnte mir vorstellen, daß man als Anwender eines Batterie- bzw.
> Akku-betriebenen Gerätes auch gern von diesem eine Meldung über baldige
> Notwendigkeit eines Batterietauschs oder den Wunsch zur Aufladung
> bekommen möchte, bevor es schlicht den Dienst quitiert.

Niemand hindert den uC, der sowieso regelmässig die Batteriespannung 
misst, bei Unterschreitung einer als kritisch angesehenen Spannung so 
eine Meldung zu produzieren.

Üblich sind ja mehrere Balken im LCD Display und dann ist der letzte 
Balken eben weg, so wie er auch weg ist, wenn der step up aussetzt.

Michael B. schrieb:
> Niemand hindert den uC, der sowieso regelmässig die Batteriespannung
> misst,

Und wie sollte dieses Messen der Batteriespannung, praktisch ohne 
Ruhestromaufnahme, dann realisiert werden, wenn der µC nicht direkt von 
der Batterie versorgt wird und ohne eine solche Schaltung, die 
"überflüssig wie ein Kropf" ist?

Jiri D. schrieb:
> Für eine low-power Schaltung (power budget ca. <50 uA avg.) möchte ich
> den Batteriezustand überwachen. Die Schaltung soll von einer NiMH Zelle
> (Eneloop, ggf. soll auch Primärzelle gehen) betrieben werden. Ein
> sparsamer Boost-Regler (z.B. MAX17222, Iq=300 nA) macht aus den
> 1,0V..1,5V beipielsweise 1,8V.
>
> Ein uC wacht regelmäßig auf (z.B. 1/12h) und macht mit seinem ADC eine
> Spannungsmessung des Akkus/der Batterie. Wenn eine Schwellspannung
> unterschritten wird, soll der uC den Boost-Regler und somit sich selbst
> abschalten, um den Akku nicht tief zu entladen. Die Spannungen werden
> auch geloggt

Thomas E. schrieb:
> Und wie sollte dieses Messen der Batteriespannung, praktisch ohne
> Ruhestromaufnahme, dann realisiert werden

wurde schon geschrieben,

wenn der µC wach ist:
Jiri D. schrieb:
> Ein uC wacht regelmäßig auf (z.B. 1/12h)

dann kann der µC auch einen P-FET anschalten und die Batteriespannung 
zum ADC geleiten, diese auch mit loggen.

was war daran unklar?

Joachim B. schrieb:
> dann kann der µC auch einen P-FET anschalten und die Batteriespannung
> zum ADC geleiten, diese auch mit loggen.

Der Teufel steckt ja bekanntlich im Detail - hier z.B. darf der PFET ja 
nicht leitend werden, wenn der µC spannungslos ist.

Joachim B. schrieb:
> was war daran unklar?

für mich war da nichts unklar - meine Frage war ja an Michael B. 
gerichtet.

Thomas E. schrieb:
> Der Teufel steckt ja bekanntlich im Detail - hier z.B. darf der PFET ja
> nicht leitend werden, wenn der µC spannungslos ist.

da dachte ich ja an P-FET mit S an + G mit R an S aber ob der dann 
sperrt?

da wäre ein PNP vermutlich besser, man braucht ja nur die Basis oder das 
Gate nach GND zu ziehen damit der die Spannung von der Batterie zum ADc 
durchlässt, einen 2ten Transistor braucht es nicht zwingend.

Wenn der µC läuft und den nicht nach GND schaltet liegt maximal 5V am 
Gate was die meisten als Ugs vertragen oder als Ube Sperrspannung

Wenn der µC nicht läuft und der Stepup abgeschaltet ist kommt eh keine 
Spannung zum Transistor, der sperrt sich dann selber mit dem R zwischen 
G & S oder E & B


Da aber hi side zum ADC geschaltet werden soll wäre auch ein Optokoppler 
möglich der IR LED Strom nur zur Messung mit dem ADC benötigt.

Jiri D. schrieb:
> Hat die Verwendung eines PNP BJT anstelle eines P-MOSFET einen
> besonderen Hintergrund?

Nö - er ist halt billig und man braucht nicht nach irgendwelchen 
Spezialtypen mit besonders niedriger Thresholdspannung zu suchen.

Joachim B. schrieb:
> man braucht ja nur die Basis oder das
> Gate nach GND zu ziehen

Aber genau das ist das Problem wenn VDD vom µC ausgeschaltet wird -> der 
Portpin, der die Basis vom PNP bzw. das Gate vom PFET zum Einschalten 
nach GND ziehen soll, ist i.d.R. über eine interne Schutzdiode mit VDD 
verbunden und würde darüber den Transistor einschalten, oder eben den µC 
über die Diode rückwärts mit Spannung versorgen und so die Batterie 
entladen.

Joachim B. schrieb:
> Wenn der µC nicht läuft und der Stepup abgeschaltet ist kommt eh keine
> Spannung zum Transistor

doch, weil S bzw. E an Batterie-Plus liegt und G bzw. B über den 
ausgeschalteten µC 'runtergezogen wird.

Joachim B. schrieb:
> wäre auch ein Optokoppler
> möglich

ja, ist aber groß und teuer. Der PNP für 2 Cent und ein Kondensator wie 
z.B. in meinem 2.Schaltplan schaltet den Transistor für eine ADC-Messung 
lange genug ein.

Thomas E. schrieb:
> Und wie sollte dieses Messen der Batteriespannung, praktisch ohne
> Ruhestromaufnahme, dann realisiert werden, wenn der µC nicht direkt von
> der Batterie versorgt wird und ohne eine solche Schaltung, die
> "überflüssig wie ein Kropf" ist?

Wenn du dir nur minimal Mühe gegeben hättest, hättest du schon lesen 
können wie ich vorschlage daß es geht:

Den uC dauerhaft über step up versorgen und die Batterie dauerhaft am 
Analogeingang hängen haben. Schaltet der step up aus mangels 
Eingangsspannung, stört es auch nicht wenn der Analogeingang noch an der 
Batteri hängt, denn sie ist eh leer.

Man muss eine "Tiefentladung" nicht verhindern bei einer einzelnen 
Akkuzelle, die kann höchstens bis 0V entladen werden und kann das ab 
(und wird real von Halbleitern nur bis 0.6V entladen), nur bei mehreren 
Zellen in Reihe muss man die Entladung verhindern die so weit geht, daß 
Zellen umgepolt werden.

Ich hatte übrigens auch schon den MSP430L092 vorgeschlagen, der geht 
ohne step up.

Michael B. schrieb:
> Den uC dauerhaft über step up versorgen und die Batterie dauerhaft am
> Analogeingang hängen haben. Schaltet der step up aus mangels
> Eingangsspannung, stört es auch nicht wenn der Analogeingang noch an der
> Batteri hängt, denn sie ist eh leer.

Ok, das hast Du so aber nicht geschrieben. Dein Post mit "überflüssig 
wie ein Kropf" hatte ich so interpretiert, daß eine Spannungsüberwachung 
als solches hier überflüssig sei. Wenn eine Tiefentladung für die 
NiMH-Zelle nicht schädlich ist, hast Du Recht mit dem Direktanschluss 
der Akkuspannung am ADC. Meine Erfahrung ist eher, daß NiMH-Zellen 
Tiefentladung nicht mögen und sich dann auch gerne mal Kurzschlüsse in 
der Zelle bilden (auch ohne Umpolung der Zelle).

Jiri D. schrieb:
> R_B=10k auch noch auf 100k erhöhen und kommt so auf ca. 1/10 des
> Stromes.

Spielt der Strom im Messmoment eine so große Rolle? Wie lange muss die 
Batteriespannung am ADC anliegen und wie oft misst Du?

Thomas E. schrieb:
> Meine Erfahrung ist eher, daß NiMH-Zellen
> Tiefentladung nicht mögen und sich dann auch gerne mal Kurzschlüsse in
> der Zelle bilden (auch ohne Umpolung der Zelle).

kann ich bestätigen. Wenn man es bald merkt und die NiMH nur kurz 
tiefentladen bleibt, ist die Schädigung meist überschaubar. Wenn man es 
aber nicht sofort bemerkt oder die Zelle für ne Woche in der Tasche 
vergisst, ist sie danach normal deutlich schlechter oder ganz 
unbrauchbar geworden.

Ich halte den Tiefentladeschutz bei so einer Schaltung daher eigentlich 
schon für sinnvoll.

Thomas E. schrieb:
> interne Schutzdiode mit VDD
> verbunden und würde darüber den Transistor einschalten

kennst du die internen Schutzdioden?, die leiten normalerweise nicht in 
Sperrichtung.
an den fehlenden 2ten Trasi soll es aber nicht scheitern wer es braucht.

Thomas E. schrieb:
> Joachim B. schrieb:
>> wäre auch ein Optokoppler
>> möglich
>
> ja, ist aber groß und teuer

auch das stimmt nicht, es gibt sehr preisgünstige und kleine!

Jiri D. schrieb:
> Darüber hinaus braucht ein Optokoppler sehr viel Strom

nur während der Messung! Wie oft und wielange soll den gemessen werden?

Ist es vielleicht einfacher ein processor zu benutzen der schon DC/DC 
eingebaut hat. zB PSOC3/5lp aber es gibt wahrscheinlich mehere.
Dabei gibt der PSOC5lp auch die moeglichkeit eingange ohne ESd 
protection dioden zu definieren (wenn ich mich nicht irre).

Vorteil von on-board dc/dc ist das man dynamisch die dc/dc spannung 
anpassen und damit sehr dynamisches stromverbrauch vorhanden ist. Und 
das auch noch in combination mit dynamische processor-clockspeed.

Weiter wuerde einen 'idealen dioden' sowie der LTC4411 vielleicht noch 
ein nutzliches Komponent sein.

Patrick

Joachim B. schrieb:
> kennst du die internen Schutzdioden?, die leiten normalerweise nicht in
> Sperrichtung.

Wenn VDD aber auf 0V liegt (µC ohne Spannung) und am Port eine positive 
Spannung anliegt, ist die Schutzdiode nicht in Sperrrichtung!

Joachim B. schrieb:
> auch das stimmt nicht, es gibt sehr preisgünstige und kleine!

Alles relativ - im Vergleich zu einem 2 Ct. Transistor im SOT-23 oder 
SC-70 Gehäuse ist JEDER Optokoppler teuer und groß.

Jiri D. schrieb:
> Außerdem habe ich ja kein Problem mit ein paar (zig) uA für ein paar ms.

Mir ist noch die ultimative Stromsparlösung mit meiner ersten Schaltung 
eingefallen (die mit NPN):
Wenn Du bei gesperrtem Transistor den ADC-Pin auf OUT-High konfigurierst 
(kann im Standard-Betrieb so bleiben), liegt bei Umschaltung auf 
Analog-In dort 1,8V an. Nun schaltest Du den Transistor leitend und 
startest den ADC. Dieser misst dann eben 1,8V-Vbatt statt 0V+Vbatt.
Vorteil: der Transistor muss nur wenige µs für die Sample-Zeit des ADC 
eingeschaltet werden!

Ich würde die Komplettabschaltung auch weglassen und mir damit die 
Beschaltung des ADC-Eingangs sparen. Besser investierst Du in 
Möglichkeiten, einen möglichst sparsamen Verbrauch bei eingeschalteten 
1,8V zu ermöglichen.

Wenn die Schaltung bei 10 - 20% Restkapazität den Ladezustand 
signalisiert und danach ihren Stromverbrauch minimiert, dann ist das 
mehr als ausreichend:

Der Eneloop Akku hat in der AAA Ausführung 800mA Kapazität. Selbst bei 
einer effektiven mittleren Stromentnahme von 10uA entlädt diese den Akku 
im Jahr um ca. 11%. Der Anwender hat also nach einer Ladewarnung ein 
knappes Jahr Zeit, bevor es zu einer Tiefentladung kommt.

Gruß, Stefan