痛苦踩坑“电池电压侦测电路”，含泪总结设计要点
本文摘要：（由ai生成）
本文分享了电纸书阅读器项目中电池电压侦测电路的设计要点及作者的设计失误经验。设计要点包括设定分压电阻、降低纹波电压、设定关机电压和注意电阻精度。作者因未检查电阻精度，导致需手工更换电阻，造成损失。作者反思了成本与设计的权衡，并强调了统一电阻精度的重要性，以减少错误和简化物料管理。此经验对于电子工程师在电路设计中具有指导意义，有助于避免类似失误，提高产品质量和效率。
做过一个电纸书阅读器的项目，和Kindle是同类产品：产品中用到一个“电池电压侦测电路”，当时在这个电路上踩坑了，电路本身倒是很简单：
和大家分享这个电路的设计要点，以及当时的设计失误，帮助大家积累经验，以后不要踩这种坑。设计要点一：设定分压电阻的大小
电池电压经过电阻R26和R62分压之后，给到主控芯片MCU的ADC引脚，通过ADC来侦测电池电压。
为什么要分压？因为ADC引脚可直接侦测的电压范围没有4.2V这么高。在R62远远小于MCU的ADC引脚的输入阻抗的情况下，可以忽略ADC引脚的输入阻抗，这也是我们需要的。下面忽略ADC引脚的输入阻抗来计算两个电阻的分压，也就是：当电池电压为4.2V时，经过R26和R62分压，ADC引脚会侦测到1.4V：当电池电压为3.5V时，经过R26和R62分压，ADC引脚会侦测到1.17V：
所以可以根据侦测到的电压来算出电池电压，也就是：
查看MCU的数据手册，可以查到ADC引脚的输入阻抗。为了忽略ADC引脚输入阻抗的影响，R62要尽可能相对地小。但又不能太小，因为这个电路会一直消耗电池的电量，就算是关机状态下也一直在耗电。对阅读器产品来说，可以接受了！
设计要点二：降低纹波电压
为了精确测量电池电压，ADC引脚处的纹波电压要小。为了避免受到干扰，ADC引脚的走线要尽量短，远离干扰源，走线包地处理。ADC引脚处的走线高亮显示如下（这个MCU是BGA封装）：
这里的走线不算短，不过经测试纹波电压小于50mV，满足要求。
设计要点三：设定关机电压
在电压降到3.5V时，经实际测试，阅读器的系统电压还能保持稳定，但继续放电容易导致死机，所以设定3.5V为关机电压。参考一款锂电池的放电曲线图，以1A电流放电时，一开始放电曲线很平缓。放电到3.5V再往后一些，蓝色的放电曲线呈陡涯式下降，这就是为什么电压变得不稳定了。见下图蓝色曲线的最右侧那一段：根据这款产品的实际测试情况，软件设定为当侦测到电池电压降到3.5V时，系统执行关机。也就是：有些电子产品本身功耗低，也不会瞬间拉取大电流，就可以在电池电压更低时才关机。设计要点四：注意分压电阻的精度
试产了100片电路板，装了几十台整机，各种测试都Pass，一切顺利。这是个定制项目，早就拿到订单，已经临近约定交货的日子。第一次正式批量，还是要谨慎。在贴片厂生产时，我全程跟线。生产总体比较顺利，我在产线上没事的时候，无聊地检查着电路图：
突然心里一咯噔，发现这个电池电压侦测电路，分压电阻的精度竟然是5%，不是1%！
一下子就懵了！
原文来自：电路啊
电池电压侦测的精度非常重要，要知道如果MCU把3.7V的电池电压判断为3.5V，虽然相差才0.2V，但是电量差得可多了，会导致提前很多就关机。更糟糕的是，如果MCU把3.5V的电池电压判断为3.7V，那么系统不会在正确的电压执行关机。继续使用的话，在MCU将电池电压判断为3.5V之前，可能已经出现死机的情况。当时马上问产线还能不能改BOM，要更换物料，产线答复说5千片马上就要贴完，现在下更改单来不及了。。。悲剧了，只能考虑是否手工改板了。把板上5%精度的换成1%精度的，每块板要改2颗电阻，一共就是一万颗电阻。首先问产线拿了一盘精度为5%的电阻过来，测试看偏差具体是多少。结果发现虽然标称5%精度，实测精度并没有超过1%。测了几十个，基本是这种情况。这就有点意思了，好像还可以啊！换还是不换呢，陷入了纠结。于是很苦逼，产线上的熟练焊工并不多，临时给我找来一个，我俩一起改板5千片。一边改板，一边客户那里催着交货，真是惨痛的教训！
最后：复盘经验
这个事情，是设计上还不够细心，对这个电池电压侦测电路的认识不够深刻，竟然没有重点检查电阻的精度。5%精度的电阻相对便宜，公司的出货量非常大，单板的成本降低一点点，多出来的利润可以很可观，所以大部分电阻是选用5%精度，个别有需要的地方才会用1%。值得一提的是，由于电阻精度对单板的成本影响较小，有些公司的硬件工程师为了方便，统一选用1%精度的，这样就不会出错，也减少了BOM中的物料种类。那么问题来了，你公司的情况是这么一刀切，还是区分精度使用？最后，有了这次手工改板5千的教训，以后每次用电阻，我都会仔细检查精度使用是否合理，也算是吃一堑长一智。另外，“电池电压侦测电路”的两个分压电阻，后来改为了使用0.1%精度，会更靠谱。---The end---
