Verschwenden Spannungsteiler Batterie?

Der Spannungsteiler entlädt tatsächlich Ihre Batterie, solange sie mit Strom versorgt wird. Es ist üblich, den Teiler nur zum Lesen des Wertes zu aktivieren und wieder auszuschalten. Hier ist ein Beispiel für diesen Ansatz, der in Nordic Thingy (Seite 65) verwendet wird:

Mit Signal BAT_MON_ENschalten Sie den Teiler mit den Transistoren ein / aus und messen den Teilerwert in Signal BATTERY.

In Ihrem Fall haben Sie mit 4,5 V in einem 200-K-Widerstandsteiler einen Verbrauch von 22,5 uA. Die Kapazität einer AAA-Batterie beträgt ~1000 mAh, sodass Sie eine Gesamtkapazität von 3000 mAh haben. Die Verwendung des Digikey-Batterielebensdauerrechners gibt Ihnen eine erwartete Lebensdauer von ~ 94000 Stunden oder ~ 4000 Tagen (10 Jahre). Wenn es sich um eine CR2032-Knopfzelle mit einer Kapazität von ~200 mAh handelt, beträgt ihre Lebensdauer etwa ein Jahr. Denken Sie daran, es ist nur für den Teiler.

Es könnte den Anschein haben, dass es sich um einen geringen Verbrauch handelt, aber wenn Sie Geräte mit geringem Stromverbrauch bauen, kann der durchschnittliche Verbrauch des gesamten Systems geringer sein als der Teilerverbrauch, in Zehner-µA oder sogar nA. Dann könnte der Teilerverbrauch Ihre Batterielebensdauer von 5-10 Jahren auf 1 Jahr verkürzen!

Eine anständige, frische Alkali-AAA-Zelle hat eine Kapazität von etwa 1000 mAh. Sie ziehen 4,5 V / 200 K = 22,5 uA.

Das allein wird die Zellen in etwa 5 Jahren entleeren.

Klingt so, als ob etwas anderes vor sich geht, wenn meine Annahmen richtig sind. Schauen Sie sich diese Website an, um den Arduino zu modifizieren, um die Leistungsaufnahme zu senken.

Um konsistentere Messwerte zu erhalten, können Sie versuchen, den Teiler mit 100 n gegen Masse (am ADC-Eingang) zu umgehen, aber eine andere Möglichkeit wäre, einen Operationsverstärker mit niedriger Leistung als Spannungsfolger hinzuzufügen und die Widerstände auf beispielsweise 1 M zu erhöhen (behalten Sie die 100n Bypass-Kappe).

LPV821 wäre ein grober Overkill für den Operationsverstärker, aber es würde gut funktionieren. 650 nA Versorgungsstrom, 7 pA Vorspannungsstrom, 1,5 uV Offsetspannung, Rail-to-Rail und es kann Ihre Versorgungsspannung verarbeiten.

Wenn Sie die von anderen vorgeschlagenen Schalthinweise befolgen, gibt es wenig Verlust beim Reduzieren der Widerstände auf etwa 15 K, was die Konsistenz der Messwerte verbessert.

Fließt ständig Strom durch den Spannungsteiler, auch wenn ich keine Daten vom Pin lese?

Durch den Spannungsteiler fließt ständig Strom, auch wenn Sie keine Daten vom Pin lesen.

Im Spannungsteiler wird ständig Strom verschwendet, auch wenn Sie keine Daten vom Pin lesen.

Wenn ja, verringert dies die Akkulaufzeit?

Ja. Nicht viel, da es sich um 100k-Widerstände handelt, es sei denn, Sie haben es falsch gemacht.

Ich habe die beiden Widerstände und das Ausgangskabel, das zum Arduino führt, miteinander verdrahtet, so dass sie sich alle berühren, wirkt sich das auf irgendetwas aus?

Ich weiß nicht, was das bedeutet, also kann ich nichts dazu sagen.

Die drei AAAs gingen viel schneller als erwartet leer aus, und ich dachte, es könnte etwas mit dem Spannungsteiler zu tun haben.

Aufgrund der Tatsache, dass Sie 100K-Widerstände verwendet haben, hatte der Spannungsteiler wahrscheinlich nur sehr geringe Auswirkungen auf Ihre Batterielebensdauer.

Fließt ständig Strom durch den Spannungsteiler, auch wenn ich keine Daten vom Pin lese?

Ja. 4,5 V / (100 K + 100 K) = 22,5 uA.

22,5 uA * 4,5 V = 101 uW

Wenn ja, verringert dies die Akkulaufzeit?

Es wirkt sich zwar darauf aus, aber in Ihrem speziellen Fall ist der Effekt sehr gering.

Die Kapazität einer typischen AAA-Alkalibatterie liegt in der Größenordnung von 1 Amperestunde. Bei einer Last von 22,5 uA würde eine Batterie mit 1 Amperestunde halten.

1 Ampere * 1 Stunde / 22,5 uA = 44444 Stunden = 5,07 Jahre.

Es ist unwahrscheinlich, dass die 200K-Widerstände die Ursache für Ihre Batterieentladung sind.

Es ist wahrscheinlicher, dass Ihr Mikrocontroller, Spannungsregler und andere Teile auf der Platine die Batterie entladen.

Sie haben nicht erwähnt, ob Sie wiederaufladbare Batterien verwenden oder nicht, aber viele wiederaufladbare AAA-Batterien entladen sich in etwa einem Monat ohne Last selbst.

Mir ist aufgefallen, dass der Spannungsteiler sehr inkonsistent war. Gibt es einen besseren Weg, um die Spannung zu senken, die in den analogen Pin des Arduino geht?

Ein Spannungsteiler ist eine gute Möglichkeit, die Spannung zu senken. Der Grund, warum Ihre Messwerte inkonsistent sind, liegt darin, dass der Teiler eine sehr hohe Ausgangsimpedanz hat.

100.000 * 100.000 / (100.000 + 100.000) = 50.000

Ihr ADC (wie die meisten ADCs) enthält wahrscheinlich einen Abtastkondensator. Wenn der ADC mit der Abtastung beginnt, muss er den Abtastkondensator aufladen. Bei einem ADC vom ungepufferten Typ lädt sich der Abtastkondensator typischerweise von der Last auf. Es dauert eine Weile, bis sich der Teilerausgang einpendelt.

Wenn der interne Abtastkondensator beispielsweise 20 pF wäre, wäre die Zeitkonstante ...

20pF * 50K = 1us.

Wenn Sie möchten, dass sich die Ausgabe auf 8 Bit Genauigkeit einpendelt, müsste Ihre Erfassungszeit mindestens ...

ln(2^8) * 1 us = 5,5 us.

Wenn die Erfassungszeit auf dem ADC nicht lang genug ist, wird die Ausgabe nicht ausgeglichen und Ihre Proben werden ungenau. Sie müssen die Ausgabe irgendwie puffern.

Wenn Sie selten abtasten, können Sie einfach einen 0,1-uF-Keramikkondensator zwischen den Teilerausgang und Masse schalten. Der externe Kondensator lädt den Abtastkondensator sehr schnell auf, wodurch Ihre Einschwingzeit sehr kurz wird und die Abtastgenauigkeit verbessert wird.

Beachten Sie auch, dass die Ausgangsimpedanz von 50 K den Teilerausgang sehr anfällig für elektromagnetische Interferenzen von in der Nähe befindlichen digitalen Schaltungen macht. EMI führt bei Ihren Messungen zu zufälligem Rauschen. Auch hier hilft der Kondensator.

Wenn für Ihren ADC ein DC-Eingangsleckstrom angegeben ist, müssen Sie möglicherweise auch einen Mikro-Leistungs-Operationsverstärker hinzufügen, der als Spannungsfolger als Puffer konfiguriert ist.