Eine separate MCU zum Abschalten von LiPo bei Niederspannung?

Ich entwerfe ein Projekt, das an einem fliegenden Quadcopter arbeiten wird. Es verfügt über eine ATmega328P-MCU im 5-V-Hauptstromkreis und wird von einem kleinen (<500 mAh) 1-Zellen-LiPo-Akku gespeist. Ich möchte einen Niederspannungs-Abschaltmechanismus zum Schutz der Batterie bereitstellen. Derzeit erwäge ich die drei Optionen:

1. Lassen Sie einfach die Haupt-MCU die Batteriespannung überwachen , wobei Sie VCC als Referenz verwenden. VCC ist normalerweise 5,1 V, aber um sicher zu sein, muss ich auch den eigenen VCC messen.

   Vorteile: keine zusätzlichen Schaltkreise. Kann den Abschaltgrund mithilfe einer LED signalisieren. Konfigurierbare Abschaltspannung. Weicher Cutoff.

   Nachteile: Im Falle einer Fehlfunktion der Haupt-MCU (Softwarefehler) kann die Batteriespannung unter hoher Last unbemerkt bleiben. Kompliziert die Software. Erfordert die Stromversorgung des 5-V-Netzwerks.

2. Verwenden Sie einen Reset-Monitor wie MAX809 . Der Ausschaltstrom beträgt 0,5 μA.

   Vorteile: sehr zuverlässig.

   Nachteile: keine Signalisierung. Nicht einfach zu konfigurieren. Nur harter Cutoff. Zusätzliche Schaltung (Spannungsteiler).

3. Verwenden Sie eine Zwischen-MCU wie ATtiny25 / 45/85. Es ist winzig, kann aber den eigenen VCC messen. Der Ausschaltstrom beträgt 2 μA.

   Vorteile: Signalisierung. Konfigurierbar. Einfach zu testen. Misst die Spannung, bevor andere Dinge mit Strom versorgt werden. Soft Cutoff (kann der Haupt-MCU signalisieren, dass es Zeit ist, Steine ​​zu sammeln).

   Nachteile: erfordert zusätzliche (aber sehr einfache) Software. Gewicht (1 g?)

Option 3 ist hier dargestellt:

Ich denke darüber nach, Option 3 zu wählen. Macht das Sinn?

Ich würde # 1
oder # 1 + # 2 machen . Der Hauptcontroller wäre der primäre Batteriemonitor. Wenn beim Hauptcontroller etwas schief geht, ist der analoge Reset-Monitor das Backup.

# 3 ist sinnvoll, wenn Sie der Meinung sind, dass Sie dem dedizierten Batterieüberwachungscontroller später möglicherweise weitere Funktionen hinzufügen.

Wir machen # 1 und # 2 und arbeiten so:

• Die Platine wird mit 24 V betrieben, daher ist unsere 3-V3-Versorgung davon abhängig. Wenn die 24 V ausfallen, haben wir eine lange Zeit (in CPU-Zyklen), um dies mithilfe eines Spannungsteilers und eines ADC-Pins am Mikro zu sehen, und notieren Sie dies, indem Sie ein Bit oder was auch immer Sie tun möchten.
• Der Reset-Monitor fängt den "harten Cutoff" der 3v3-Schiene mit einem Wackeln, Herunterfahren, Stacheln usw. auf und erzwingt einen Hard-Reset (greift nach dem Micro / RESET-Pin und hält ihn niedrig, bis er mit der 3v3-Leitung wirklich zufrieden ist), was dies verhindert Das Mikro kann aufgrund der hohen Last kein Problem verpassen (obwohl dafür Hardware-Watchdogs gedacht sind).

Ein Punkt, über den man nachdenken sollte, ist, wie man mit # 1 den Grund tatsächlich so speichern kann, dass er den Reset / Stromausfall überlebt und nicht riskiert, etwas durch Stromausfall in der Mitte eines Flash-Schreibzyklus oder zu beschädigen etwas. Wir haben viel Zeit, da unsere Stromquelle noch einen langen Weg (20,7 V) hat, bevor die 3v3-Leitung ausfällt, aber in Ihrer Anwendung ist dies möglicherweise nicht der Fall.

Versuchen Sie stattdessen diese Schaltung, um eine vollständige Unabhängigkeit von jeder MCU zu gewährleisten (ich kann kein Bild hochladen, daher beschreibe ich die Schaltung):

1 Zenerdiode, 5 Widerstände, 1 NPN-Transistor und ein PMOS. Sie können SMD oder TH sein.

Die Zenerdiode fungiert als Spannungseinsteller, der NPN hält das PMOS im Normalbetrieb und die Widerstände fungieren als Strombegrenzungs- und Vorspannungsanbieter. Wenn die Eingangsspannung unter die Zener-Schwelle fällt (tatsächlich etwas höher), hört der NPN auf zu leiten und das PMOS versorgt die Last nicht mehr mit Strom.

Schließen Sie die Komponenten wie folgt an: Versorgungsleitung an Zener, Pfeil zeigt auf die positive Spannung, dann einen Widerstand in Reihe (z. B. 1k) an Masse. Nehmen Sie die Spannung vom Mittelpunkt und speisen Sie einen Spannungsteiler (z. B. 5k-50k). Nehmen Sie die Spannung vom Mittelpunkt des Spannungsteilers und verbinden Sie sie mit dem NPN-Basisstift (z. B. BC817-40). NPN "Pfeil" geht zu GND, Kollektor geht zu einem Widerstand (zB 1k). Verbinden Sie das Ende dieses Widerstands mit dem Gate des PMOS (z. B. IRF9130). Ein 50k-Widerstand sollte zwischen dem Gate und der positiven Schiene angeschlossen werden, um sicherzustellen, dass das PMOS nicht leitet, wenn es nicht benötigt wird (und die Gate-Kapazität entlädt, um ein lineares Ausschalten zu vermeiden). Verbinden Sie die Quelle des PMOS mit der Plusschiene und den Drain mit dem Pluspol der Last. Und Sie haben eine einfache UVL-Schaltung.

Es ist eine Zenerdiode mit einer Spannung in der Nähe der Stelle erforderlich, an der die Unterspannungssperrschaltung arbeiten soll, und die als "Schalter" fungiert. Das Simulieren oder Aufbauen der Schaltung kann helfen, die Vor- und Nachteile zu verstehen: Im ausgeschalteten Zustand wird ein sehr kleiner Strom (Zenerdiodenleckage + andere Leckagen) verbraucht. Ich habe 0,6mA in Simulationen.

Die obigen Werte wurden für einen 10-V-Akku (LiFe) gewählt und eignen sich hervorragend zum Abschalten des Akkus unter 8,6 V. Verwenden Sie für unterschiedliche Spannungen an den ersten drei Stellen unterschiedliche Zeners und möglicherweise auch kleinere / größere Widerstände.

Bei Bedarf kann der Schaltplan für eine +/- Versorgungskonfiguration verdoppelt und umgekehrt werden.

Ich hoffe das hilft.