Amplia gama de la medida de corriente 800 μA - 1.5 A

Question

Yo estoy teniendo dificultad para la medición de corriente en un dispositivo IoT que estoy haciendo. Necesito ser capaz de recopilar datos sobre el consumo de energía a lo largo del tiempo, y sobre el modo de reposo actual. Yo estaba tratando de usar un resistor de derivación para recopilar los datos actuales, pero estoy corriendo de cabeza en un problema con Georg Ohm, y todas sus leyes.

En el modo de suspensión, mi dispositivo debe utilizar cerca de 800 µA de corriente, mi no tan precisa fuente de alimentación, es decir que es la salida de alrededor de 2 mA, así que tal vez tengo un poco más de codificación para hacer. Sin embargo, durante el modo de suspensión, a intervalos aparentemente aleatorios que el módem se enciende por un breve momento y transmitir, (estándar sueño profundo módem de comportamiento). Esta transmisión de ráfaga puede ser de hasta 1.5 A.

De todos modos, estoy teniendo un problema con un resistor de derivación debido a una caída de tensión que me permite ver cualquier datos significativos sobre el sueño actual, las gotas de tanta tensión durante una transmisión de la ráfaga que mi dispositivo se reinicia.

Podría alguien recomendar una forma de medir la corriente de un gran rango de corriente?

Especificaciones del dispositivo:

• Modo de reposo actual: 600 µA - 3 mA
• Actual: 27-80 mA
• Transmitir ráfaga: hasta 1.5 a
• Voltaje: 2.6 V - 4.2 V
• Corriente de carga: 400 mA

Answer 1

Cuánta exactitud qué necesitas? Si usted sólo necesita una estimación, a continuación, una serie diodo de silicio le dará más o menos logarítmica indicación a través de una amplia gama de corrientes.

El principal problema con un diodo, la variación en la caída de tensión con la temperatura, puede ser significativamente mitigado mediante la ejecución de un segundo diodo a la misma temperatura con una corriente de referencia. Dos diodos dentro de un rectificador de puente térmico acoplado y es ideal para esto, he marcado las conexiones en el esquemático, puente +ve queda sin utilizar. Como la carga es muy baja potencia y las altas corrientes son sólo pulsos cortos, incluso dos de los diodos individuales puestas juntas deben ACEPTAR. Un 1N540x por ejemplo, es bueno para 3 Un continuo y va a tener un significativo avance de la gota al 100 µA.

Tiene la ventaja de que el voltaje de carga cambia muy poco, tal vez un par de cientos de mV entre 500 µA y 1.5, mucho menos que con un resistente de la derivación que va a medir mA.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

La sustitución de R1 con un sumidero de corriente haría que la corriente de referencia más exacta, pero (fuente de alimentación de voltaje de 0,7 V)/R1 es probablemente adecuado para la mayoría de los propósitos. Idealmente, la corriente de referencia estaría en el medio de la gama desea medir mejor. En algún lugar de la 1 a la 10 mA rango se siente bien.

El voltímetro de la lectura será proporcional al logaritmo de la relación de carga a la corriente de referencia. La impedancia de salida de los diodos es muy baja, por lo que amplió la diferencia con un amplificador operacional, tal vez a la escala o a la tierra de referencia, será sencillo.

Usted tendrá que calibrar la medición de la conversión en alta y baja corriente para establecer el registro de la ley, y sería bueno comprobar que en un par de puntos en el medio. Recuerde que una calibración de alta corriente de calor de la carga del diodo, por lo que puede necesitar el uso de pulsos cortos, tan cortos como de su transmite los impulsos, para minimizar la deriva térmica errores.

Answer 2

Una extensión para Neil_UK la respuesta, si usted necesita decente exactitud en la corriente del sueño pero no me importa acerca de la medición de corriente de alta con el mismo circuito, es poner un diodo y una resistencia en paralelo:

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

De esta manera, cuando la corriente es bajo, el voltaje a través del resistor será muy bien proporcional, y será lo suficientemente bajo para que el diodo es eficaz, por lo que no shunt demasiado de la corriente lejos de la resistencia (a pesar de la verificación de las especificaciones en el diodo).

Cuando la corriente es alta, el diodo está conduciendo y limitar la caída de tensión a un valor razonable. Si desea medir la corriente que también en este momento, usted puede agregar otra derivación en serie, como así (idea cortesía de @dim):

^{simular este circuito}

Answer 3

Usted describir esto como una amplia gama. Realmente no lo es.

El máximo de 1.5 a es de 1875 veces el mínimo de 800uA. 16-bit ADC tiene un rango de 65535 bits. Si se establece un límite máximo de 5A, y permitir que el actual a ser positivo o negativo, que nos ofrece una resolución de 153uA por bit. Si la corriente no cambia demasiado rápido, usted puede mejorar su resolución aún más con sobremuestreo - por ejemplo, 16 veces sobremuestreo llevaría esto a 38uA por bit. Así que no hay problemas para realizar la medición.

Su problema es la caída de voltaje en el resistor de derivación. Señor Ohm tiene la respuesta - asegúrese de que su resistencia de derivación más pequeños! Usted puede comprar fácilmente un 0.1 ohm resistor, e incluso 0.01 ohm. (Google "0R1" o "0R01", que son el estándar de maneras de designar a fracciones de un ohm.)

El problema después de que es cómo medir el voltaje a través de la derivación. Usted necesitará un amplificador diferencial con una muy alta impedancia de entrada, de modo que usted puede medir el voltaje sin que la afectan. Entonces quieres poner algo de ganancia, así que usted puede conducir el ADC con un voltaje adecuado.

Bajos voltajes significa más problemas de ruido, así que presta atención a la pista de enrutamiento y todos los demás de la mejor-práctica de diseño de cosas. Usted también tendrá que prestar atención adecuada a estable de los suministros de energía y referencias. Interruptor de modo de reguladores no son de tu amigo aquí. Incluso un regulador lineal después de un cambio de modo no necesariamente tiene suficiente PSRR correctamente matar a la ondulación.

Las etapas de ganancia inevitablemente, vamos a tener algunos DC offset en ellos. Deberá incluir una auto-calibración paso donde se mide el ADC de lectura con ninguna corriente y, a continuación, reste esa lectura de cero cuando en realidad estás haciendo mediciones de corriente. Usted puede hacer esto de forma automática en el arranque (muchos metros "tick" como se inicia, y es porque están de conmutación entre a bordo de referencias para hacer que el auto-calibración) o se puede hacer una vez y, a continuación, guarde los resultados en NVM.

Tenga en cuenta que esta es la breve respuesta! Espero que esto le da algunos consejos sobre cómo abordar el problema.

Answer 4

He tenido el rango dinámico problema cuando las pruebas de automoción interruptor de voltaje de modo cuentagotas. Se espera la entrada de corrientes de hasta 5 amperios he utilizado un 100 milliohm de la derivación.

Cuando se prueba si no la carga de corriente de 24 V fue de menos de 7 mA he utilizado un 10 Ω derivación con un 10 Un diodo Schottky a través de ella. La derivación combinación se alojó en mi prueba de plantilla. Cambié mi DVM entre los dos derivaciones con un DPDT , deslice el interruptor.

Esto fue en 1995, y los números no eran grandes. En estos días usted podría electrónicamente interruptor para controlar los voltajes de shunt. Usted puede tener más de dos conectadas en serie de derivaciones si es necesario. La clave para esto es la derivación de la alta resistencia de baja corriente de derivación con un diodo.

Answer 5

Como un enfoque alternativo, puede utilizar una pequeña desviación que la 1.5 A la gama y tienen dos separado obtener circuitos alimentados de dos diferentes ADCs. Por software se puede escoger que usar basado en su lectura. Con corriente más alta tendrás mayor ganancia ADC saturado, y usted sabrá que usted tiene que usar otro.