Existen muchos chips contadores de culombios que miden la corriente integrada que entra o sale de una batería para estimar el estado de carga. ¿Existen buenos chips para circuitos sencillos con el fin de medir cuánta carga es utilizada por una operación particular que puede tardar 1-500ms? Ninguno de los chips contadores de carga que he mirado ofrece una buena resolución en escalas de tiempo cortas. Un chip típico, por ejemplo, daría salida a unos dos recuentos por segundo a la máxima corriente de entrada; si una operación requiere, por ejemplo, 100mA durante 10ms, y 25mA durante 90ms, un contador de culombios que diera salida a dos recuentos por segundo a la máxima corriente (100mA) ofrecería un recuento por 50mC. La operación descrita consumiría 3,25mC, por lo que el contador sólo ofrecería un recuento cada 15 operaciones.
Un enfoque que estaba considerando sería utilizar una fuente de alimentación de conmutación de modo discontinuo, que funcionara con una tensión de entrada regulada, y contar el número de pulsos del conmutador. Si la fuente de alimentación conmutada utilizara siempre la misma cantidad de corriente en cada pulso, y si la corriente cayera siempre a cero entre los pulsos, el número de pulsos debería ser directamente proporcional a la corriente total integrada. Desgraciadamente, esa no es la forma más eficiente de operar un conmutador, y la mayoría de los conmutadores intentan operar de forma más eficiente que eso.
Suponiendo que la tensión de alimentación será de 3 ó 6 voltios, la corriente máxima es de 250mA, y el objetivo es tener un mínimo de 50% de eficiencia y 3mW de disipación en reposo, ¿cuál sería el mejor enfoque?
Apéndice
Aunque me gustaría tener un enfoque de medición de propósito general, la aplicación particular que tengo en mente es determinar qué factores afectan al consumo de energía de varios módulos de RF "inteligentes" que se utilizarán en el exterior. Por ejemplo, si los módulos consumen normalmente un mAs cada 15 segundos para mantener una malla, pero durante una tormenta algunos de los módulos empiezan a consumir ocasionalmente 10maS cada segundo durante un par de minutos, sería útil saber ese tipo de cosas. Si por alguna razón la corriente de reposo, que normalmente es de 25uA, a veces sube a 40uA, también me gustaría saberlo.
Muchos dispositivos de integración de carga funcionan midiendo la corriente instantánea e integrando los valores medidos. Mi preocupación con esto es que la corriente instantánea tendrá un rango dinámico bastante grande (me gustaría, si es posible, tener una precisión de 10uA en situaciones de baja corriente, pero ser capaz de capturar eventos de hasta 250mA), y tomar lecturas con ese nivel de previsión lo suficientemente rápido como para asegurar que incluso los eventos cortos se integren con precisión parecería un poco complicado.
Una solución en la que estoy pensando sería utilizar un PIC con un comparador analógico incorporado o externo, que funcione con 3,30 voltios regulados; siempre que la salida esté por debajo de 3,10 voltios, encender un PFET con una resistencia en serie ajustada para pasar 0,50A con una caída de 0,20 voltios. Si hay un tapón suficiente en la salida, el PIC debería ser capaz de dormir siempre que haya un voltaje adecuado en la salida; cuando el voltaje caiga por debajo de 3,10 voltios, el PIC podría despertarse, alimentar con pulsos al PFET hasta que el voltaje vuelva a estar por encima de 3,10 voltios, y, si la carga no ha llevado demasiados pulsos, "volver a la cama".
Esperaría que la precisión de la escala de medición se viera afectada por la precisión del reloj del PIC, la resistencia efectiva combinada del PFET y la resistencia en serie, y la comparación de la tensión de salida con 3,10 voltios, regulación de la entrada de 3,30 voltios. La precisión del offset de medición sería puramente una función de la fuga.
Si el objetivo es tener una precisión global del 10%, el PIC tendría que mantener generalmente su salida dentro de 0,02V del objetivo. Frente a una carga de 250mA, un tapón de 1000uF dejaría caer 0,250V/ms. Mantener la caída de voltaje por debajo de 0,02 voltios requeriría que el PIC se despertara en 80us, lo que creo que es probablemente factible con los PICs basados en osciladores RC.
