Caso práctico: Leer batería con ADC y divisor resistivo

Materiales

• 1 × Batería Li‑ion 1S (3.0–4.2 V)
• 1 × Resistor R1 = 27 kΩ, 1% (alto del divisor)
• 1 × Resistor R2 = 100 kΩ, 1% (bajo del divisor)
• 1 × Condensador C1 = 100 nF, cerámico (filtro)
• 1 × Placa con ADC (por ejemplo, Arduino/ESP32; usar pin A0)
• 1 × Protoboard y cables
• 1 × Multímetro digital

Guía de conexionado

• Conecta el terminal positivo de la batería al nodo superior del divisor (entrada de R1).
• Conecta R1 entre el positivo de la batería y el nodo de medida/ADC.
• Conecta R2 entre el nodo de medida/ADC y GND.
• Conecta C1 en paralelo con R2, es decir, entre el mismo nodo de medida/ADC y GND (filtro RC).
• Conecta el pin A0 (ADC) del microcontrolador al nodo de medida/ADC.
• Conecta el GND del microcontrolador al GND de la batería (masa común).
• Abreviaturas usadas en el esquema:
• VBAT: tensión de la batería en el terminal positivo respecto a GND.
• VADC: tensión en el nodo del divisor que entra al ADC (A0).
• GND: referencia de masa común.

Esquemático

              +VBAT  Batería Li‑ion 1S (3.0–4.2 V)
                │
                ● VBAT
                │
               ┌┴┐
               │ │        R1 = 27 kΩ (alto del divisor)
               │ │
               └┬┘
                │───────────────► A0 (ADC) del microcontrolador
                ● VADC
                │
                ├─────────┬───────── (nodo del divisor y filtro)
                │         │
               ┌┴┐       ┌┴┐
               │ │       │ │
               │ │       │ │
               └┬┘       └┬┘
        R2 = 100 kΩ       C1 = 100 nF
     (bajo del divisor)   (filtro a GND)
                │         │
                └─────────┴─────────
                          │
                          ● GND
                          │
                         GND

Mediciones y pruebas

• Comprobación previa (desconectado el ADC):

  • Verifica con el multímetro en ohmios que R1 ≈ 27 kΩ y R2 ≈ 100 kΩ.
  • Confirma continuidad de GND entre la batería y la placa del microcontrolador.

• Medición de VBAT con multímetro:

  • VBAT significa la tensión de la batería medida entre el terminal positivo y GND.
  • Coloca la punta roja en el punto ● VBAT y la punta negra en ● GND.
  • Anota VBAT. Para una celda Li‑ion debe estar entre ~3.0 y 4.2 V.

• Medición de VADC con multímetro (antes de conectar al pin A0):

  • VADC es la tensión en el nodo del divisor (entrada al ADC).
  • Coloca la punta roja en ● VADC y la punta negra en ● GND.
  • Comprueba que VADC ≈ VBAT × (R2/(R1+R2)) ≈ VBAT × (100k/(27k+100k)) ≈ VBAT × 0.787.
  • Verifica que VADC nunca supera la referencia/limitación de entrada del ADC (típicamente 3.3 V).

• Lectura con el ADC (placa energizada):

  • Conecta ahora el nodo VADC al pin A0.
  • Lee el valor bruto del ADC y conviértelo a voltios: VADC ≈ (cuentas_ADC/FS) × Vref.
  • Calcula la tensión de batería estimada: VBAT_est ≈ VADC / 0.787.
  • Compara VBAT_est con la medida directa de VBAT para ver el error.

• Corriente del divisor (I_DIV):

  • I_DIV es la corriente que circula por R1 y R2.
  • Calcula I_DIV a partir de las tensiones medidas: I_DIV ≈ VADC / R2 ≈ (VBAT − VADC)/R1.
  • Espera ~33 µA a VBAT = 4.2 V con estos valores (bajo consumo).

• Filtrado y estabilidad:

  • Cambia C1 entre 100 nF y 1 µF (si dispones) para observar la estabilidad de VADC.
  • Comprueba que las lecturas del ADC fluctúan menos con C1 presente, especialmente si el ADC muestrea rápido.

Errores comunes

• Invertir R1 y R2: si R2 queda arriba, VADC puede exceder el límite del ADC.
• Olvidar la masa común entre batería y microcontrolador: el ADC leerá valores erráticos.
• No respetar el máximo de entrada del ADC (p. ej., >3.3 V): riesgo de dañar el pin.
• Usar resistencias demasiado altas sin C1: el ADC puede leer inestable por su red de sample/hold.
• Calibración omitida: diferencias de tolerancia (resistores y Vref) generan error si no se corrige en software.

Seguridad

• Evita cortocircuitos en la batería; trabaja con cables firmes y aislados.
• No sobrecargues ni inviertas la polaridad de la batería.
• Si usas una celda Li‑ion real, trabaja en un área ventilada y no la pinches ni la calientes.

Mejoras y extensiones

• Añade una resistencia serie pequeña (1–2 kΩ) y un diodo de protección o zéner de 3.6–3.9 V al nodo VADC para limitar picos.
• Calibra en firmware: mide VBAT y VADC reales, ajusta el factor de escala y guarda un coeficiente.
• Usa un buffer con op‑amp rail‑to‑rail si el ADC exige fuente de baja impedancia o si necesitas leer más rápido.
• Implementa promediado en software y detección de umbrales para estimar estado de carga (SoC).

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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