24、电池电压分压采样 + 滤波电路
本文介绍了一种高精度分压采样与低通滤波电路设计。该电路通过1MΩ和200kΩ电阻组成分压网络,将0-19.8V输入转换为0-3.3V输出,适配MCU的ADC采集范围。配合100nF电容形成RC低通滤波器,有效滤除高频噪声,同时20ms时间常数确保对缓慢变化的电池电压信号快速响应。电路具有3.5μA低静态电流特性,适用于电池供电设备如智能手环、电动工具等的电源监测。设计兼顾了分压精度、噪声抑制和低功

这个电路是典型的高精度分压采样 + 低通滤波电路,核心功能是将 VBAT1(通常是电池或外部电源的高压端)按比例降压,转化为 MCU 的 ADC 可采集的低电压,同时滤除噪声以提升采样稳定性。
一、核心元件作用拆解
| 元件 | 作用说明 |
|---|---|
| R52(1MΩ) | 分压上拉电阻,与 R61 组成分压网络,通过大阻值降低静态电流,适合低功耗场景。 |
| R61(200KΩ) | 分压下拉电阻,与 R52 共同决定分压比例;同时与 C47 组成 RC 低通滤波网络。 |
| C47(100nF) | 低通滤波电容,滤除采样点的高频噪声(如电源纹波、电磁干扰),使 ADC 采样更稳定。 |
| CH1_ADC | 输出节点,连接 MCU 的 ADC 引脚,用于读取分压后的电压值。 |
二、核心工作原理
1. 分压转换
这是一个电阻分压电路,分压比例为:
- 若 VBAT1 为 4.2V(典型锂电池电压),CH1_ADC 电压≈0.7V;
- 若 VBAT1 为 19.8V,CH1_ADC 电压≈3.3V(刚好适配 3.3V MCU 的 ADC 输入上限)。
2. 噪声滤波
R61 与 C47 组成 RC 低通滤波,时间常数:
该时间常数与电池电压变化的慢特性(变化速率通常<0.1Hz)匹配,既可以有效滤除高频干扰,又不会过度延迟电压响应。
三、设计要点解读
-
低功耗优化1MΩ+200KΩ 的总电阻,使静态电流仅约 3.5μA(以 4.2V 输入为例),非常适合电池供电的低功耗设备(如便携传感器、智能手环)。
-
分压比例适配1/6 的分压比例,让 VBAT1 在 0~19.8V 范围内时,CH1_ADC 电压始终在 0~3.3V,完美适配多数 3.3V 供电 MCU 的 ADC 输入范围。
-
滤波参数匹配20ms 的 RC 时间常数,既滤除了电源纹波和电磁干扰,又不会因为滤波延迟导致电压采样滞后,适合电池电压这类缓慢变化的信号。
四、典型应用场景
该电路常见于需要电源监测的嵌入式设备,例如:
- 锂电池 / 铅酸电池的电压监测(如充电宝、电动工具);
- 外部电源输入的过压 / 欠压检测;
- 低功耗传感器节点的电源状态采集。
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