Medición de la corriente de alimentación de bajo ciclo de trabajo

Question

Estoy tratando de medir el consumo medio de corriente de los dispositivos de bajo ciclo de trabajo y baja corriente.

Por ejemplo, un dispositivo Bluetooth de baja energía puede consumir 16 mA durante las transmisiones de radio (durante un milisegundo más o menos), y corriente de fondo/de reposo en otros momentos, digamos 3 uA.

Estas transmisiones se producen con poca frecuencia. Por lo tanto, tomar una lectura de la corriente con un DMM que se actualiza una vez por segundo da lecturas erróneas, porque el DMM no tiene un filtro antialias adecuado, por lo que la lectura depende de si una o dos transmisiones de radio ocurrieron durante el período de muestreo del DMM.

Para medir esta corriente he estado utilizando un circuito diseñado a medida, una derivación externa con un RC a través de ella, donde el RC se ajusta a varios segundos. Luego mido a través de la "C" en un rango de bajo voltaje de un voltímetro.

¿Existen amperímetros con un filtrado antialias adecuado? He probado con los medidores de fuente Keithley y con los medidores HP34401, y ninguno lo hace. (El Keithley tiene un modo de medición de corriente disparada, que al menos da una lectura estable, pero esto no dará una lectura media precisa).

Answer 1

Un resultado muy poco intuitivo es "La palanca de Mahoma". Lo vi en algún lugar del conjunto de 4 volúmenes "El mundo de las matemáticas" (alrededor de 1956). Funciona así: Imaginemos un vagón de plataforma con una palanca unida por una bisagra de tal manera que la palanca gira 180 grados en un arco vertical, paralelo a las vías. Suponemos que la palanca no tiene fricción y que sólo se ve influida por la gravedad, la inercia y la aceleración del vagón. (Supongamos otras idealizaciones, como que no hay viento). Ahora, la cuestión es, dado CUALQUIER movimiento predeterminado del vagón, tanto hacia delante como hacia atrás, por muy errático que sea (pero continuo y físicamente realizable de duración finita), demostrar que existe una posición inicial de la palanca tal que no golpeará la cama en ninguno de los extremos del recorrido durante el movimiento prescrito. La solución sólo invoca la hipótesis de continuidad.

Answer 2

Yo hago algo parecido, pero utilizando un filtro en la propia fuente de alimentación.

Conecta un condensador grande para alimentar el dispositivo, y una resistencia importante entre la fuente de alimentación externa y el condensador. Ahora mide la corriente a través de la resistencia, yo usé un multímetro normal en la escala de 2 mA.

Selecciona R para obtener una caída de 0,25 voltios a tu corriente media prevista, y luego C para una constante de tiempo de quizás 10 veces la duración del ciclo de sueño/vigilia de tu micro. Creo que utilicé 10.000 uF y algunos kOhm.

Para el arranque y el parpadeo del microcontrolador, tendrás que puentear la resistencia o conectar un valor mucho más bajo en paralelo, de lo contrario la tensión de alimentación caerá demasiado. Lo bueno es que puedes hacer esto sin interrumpir la alimentación. Luego, cuando esté dormido con seguridad, retira las pinzas de cocodrilo a través de la resistencia en serie.

Answer 3

Si sabes que las dos únicas situaciones son TX -> 16mA y NOTX -> 3uA y puedes realizar una medición precisa en esos dos casos, entonces podrías montar un sistema que simplemente mida el ciclo de trabajo del proceso.

En particular, si se acumula el tiempo total de TX \$T_{TX}\$ durante mucho más tiempo \$T\$ en el que \$N\$ se disparan los eventos de transmisión se podría calcular la corriente media como:

$$ I_{avg} = \dfrac{I_{TX} \cdot T_{TX} + I_{NOTX} \cdot {T_{NOTX}}} T = \dfrac{ I_{TX} \cdot T_{TX} + I_{NOTX} \cdot (T - {T_{TX}} ) } T $$

Tenga en cuenta que \$N\$ debe ser grande si el evento de transmisión único no tiene una duración fija. Cuanto más \$N\$ es grande cuanto más preciso sea \$I_{avg}\$ será. Esto no debería ser demasiado difícil: incluso una placa Arduino se puede programar para medir tiempos largos, sólo tiene que conectar un circuito de amortiguación entre su resistencia de detección de corriente y el MCU ADC, a continuación, sondear continuamente hasta que detecte un aumento de la corriente (TX está en). Si el tiempo de conversión del ADC es demasiado lento, puedes conectar un comparador analógico a tu resistencia sensora, y utilizar su salida como entrada digital en el MCU, y luego sondearlo continuamente. El único problema es hacer suficientes sondeos por segundo para tener una lectura precisa del tiempo, pero si tus eventos de transmisión son relativamente largos comparados con el período de sondeo, entonces deberías estar bien.