¿Cómo medir cantidades pequeñas, puntiagudas, de la corriente?

Question

Supongamos que tengo un microcontrolador con una cierta cantidad de periféricos conectados y me gustaría ser capaz de hacer una estimación razonable de la vida de la batería. Porque yo podría tener que dormir a veces, y varios periféricos sería en diferentes estados, mi consumo de corriente puede variar entre la uA (en modo de suspensión) y algunos de 10s mA (cuando está despierto).

Ahora, yo podría adjuntar una batería y deje que se quede abajo y medir el tiempo, pero esto hace mucho tiempo y es difícil (y posiblemente caro) para comparar los diferentes enfoques, tanto en el hardware y firmware.

Yo podría colocar un multímetro en serie, pero incluso si se tiene el registro de datos, que es en cierto intervalo y me gustaría tener a interpolar, y podría totalmente por alto las variaciones menor que el intervalo. (Además de voltaje de carga y todo eso.)

Si mi dispositivo duerme lo suficiente, el despierto actual se convierte en algo insignificante, pero que pueden requerir un 1000:1 relación de la hora de dormir para despertar a tiempo, por lo que no es probable que en todos los diseños.

¿Hay algún dispositivo que se integra con el tiempo en cantidades muy pequeñas (por ejemplo, no la Kill-a-watt de salida del medidor)? Básicamente estoy interesado en saber que "durante la última hora, 20mAh fueron consumidos". Los puntos de bonificación si puedo conseguir la precisión de las mediciones de corriente en un momento dado, para comparar despierto y dormido consumo de corriente.

Answer 1

Bueno, hay ciertamente actual de la detección de ICs. En tu caso, me gustaría que "simplemente" ir con algo así como:

• El uso de una pequeña (por ejemplo, 0.5 Ω) resistencia en serie entre la batería y la electrónica.
• Amplificar el voltaje a través del resistor con un amplificador de instrumentación
• Registro de tensión, por ejemplo, usando un ADC

Problemas:

1. baja corriente · baja resistencia = baja tensión: Su precisión de medición será malo debido al ruido
2. desde los microcontroladores de despertador muy rápido y se van a dormir igual de rápido, su ADC frecuencia de muestreo necesariamente debe ser muy alta.

Sino como un principio, que funciona, y es sin duda viable (aunque el diseño de una estable, bajo ruido, alta amplificación del amplificador de instrumentación podría ser trivial; pero: no existente instr.aplicaciones de ICs que hacen que sea mucho más fácil).

Por suerte, tu problema es bastante común. Así que: Muchas, como Texas Instruments, tener una cartera de detección de corriente de los amplificadores, algunos de los cuales la integración de la mencionada resistencia de derivación Y una interfaz digital. Ver de TI de ficha de producto.

De hecho, estos circuitos integrados son capaces de medir la corriente y la tensión de suministro al mismo tiempo – y eso es genial para medir dibujado poder, una medida mucho más relevante para la vida de la batería de raw dibujado actual, si no no lineal de elementos (que es, por ejemplo, Mcu).

El INA233, por ejemplo, puede ser conectado a una derivación externa (digamos, 0.3 Ω) y tiene una resolución de 2.5 µV por ADC paso. Eso significa que, de un solo ADC paso es I = U/R = 2.5 µV / 0.3 Ω = 8.333 µA de corriente.

Creo que el dispositivo también cuenta con un muestreo automático y el modo de promediación, de modo que usted puede fácilmente obtener buenas aproximaciones, incluso bajo rápidamente cambiante de la carga.

También, como acabo de encontrar: la cosa tiene una "alerta", de manera que se pueda despertar su sistema de medición cuando la corriente se eleva por encima de un umbral configurable. Bueno! De esa manera, usted sólo necesita de la muestra de vez en cuando.

Answer 2

¿Hay algún dispositivo que se integra con el tiempo en cantidades muy pequeñas

Sí, hay varios, el más antiguo es una de electrochapado de la célula (la masa de metal plateado representa el amp-horas)Edison patente, y celdas de electrólisis (acumulación de gas en un tubo capilar) se han utilizado más recientemente. Estos son exactamente equivalentes a los del análisis de la batería después de un largo periodo de uso.

Hoy en día, el uso de la digitalización.

Si se espera que las fluctuaciones más rápido que un digital frecuencia de muestreo, eso se puede arreglar. Una de dos-rama de la actual ruta de acceso puede ser arreglado, con de alta frecuencia de la conductancia (condensador) que no pasa por el actual sensor, y un paralelo de baja frecuencia de la conductancia (inductor y sentido actual del elemento).

Si usted espera de larga duración pequeñas actual (que las derrotas de muestreo digital de granularidad), que se puede arreglar, demasiado. Añadir un pequeño DC-plus-blanco-fuente de ruido a la corriente DC de la señal, y una fracción bits la cantidad de corriente que va a la causa (estadísticamente) una correcta digital la acumulación más grande de veces. ADC con el tramado de la fig. 5a DC parte del agregado la señal debe ser calibrado de distancia, sin embargo. Pseudoaleatoria fuentes de ruido son útiles para este tipo de 'dither'.

La digitalización y la acumulación en un registro (como en el Kill-a-watt) puede trabajar fácilmente los componentes disponibles, y algunos el engaño amansa a su potencial para mismeasurement.

Answer 3

Rápido y sucio: SUPERCONDENSADORES! (También buscar ultracapacitor.) Van a poder de su sistema, y la pantalla integrada de corriente como de voltaje-sag con el tiempo.

¿Cuál es tu procesador de Vdd, y/o de la batería voltios estaban contemplando? Un condensador de forma natural se integra actual de curso, y si usted usa un par de-faradios supercapacitor en lugar de una batería de suministro, se puede medir el voltaje de caída a lo largo del tiempo, y determinar con precisión el promedio de largo plazo microamperes.

Si sus necesidades de diseño de una constante Vdd, elegir un supercap valor suficientemente grande como para que la tensión sólo los huecos XX por ciento, mientras que su prueba se está ejecutando. Dependiendo de la corriente promedio, usted podría ser capaz de salir con un par de dólares en el condensador. Por ejemplo, 4.7 faradios en un par de voltios es un común supercap en el excedente de los catálogos. (Sparkfun tiene unos diez faradio, y el tamaño máximo es de Electrónica de la Mina de oro del 3000-faradios boostcaps en el 2,7 V.) de la Pila 'em en serie para obtener un mayor límite de tensión.

Answer 4

Si usted está esperando un gran rango dinámico, una opción podría ser el uso de una corriente espejo fluía por un logarítmica trans-impedancia del amplificador como el LOG114. Usted puede obtener más de 6 décadas de gama con un circuito sintonizado. La integración puede ser ajustado con un condensador después de que el actual espejo.

Esta es una solución compleja, y la resolución en alta corriente, cuando la carga de la batería es cambiado de manera significativa, es menor. La exactitud vs directamente proporcional a la detección depende de la fracción de tiempo que pasas en la corriente baja.

También, usted puede ir de fuerza bruta con la resolución del ADC. 24bits o de 32bits podría cubrir más de 4 décadas sin problemas.

Answer 5

Para su áspera mediciones (tal vez +/-10% o 20%).

Sólo hay que poner una resistencia en serie con la alimentación y en paralelo con un condensador de rendimiento lo suficientemente grandes constante de tiempo que la tasa de muestreo no perder datos importantes. Por ejemplo, si usted está de muestreo de 100 hz que se pueda elegir una constante de tiempo de 0.2 segundos. Probablemente será un condensador electrolítico y una baja impedancia de tipo es el mejor, y usted puede paralelo con 1 uf-10uF de cerámica si los pulsos son más cortas que 10us. El valor no es crítico, no sólo tiene que ser lo suficientemente alto. Recogida de la resistencia para que no baje demasiado el voltaje con el fin de afectar la operación sin embargo, el rendimiento suficiente señal de que usted puede obtener una razonable medida.

No hay necesidad de analizar el surgimiento y la caída de los tiempos de los amplificadores o cualquiera de esas cosas - la resistencia y el condensador va a hacer el trabajo.

Tenga en cuenta que la operación que depende de la batería, una baja impedancia de la fuente a su "ovas" pulsos se producirá antes de que la batería está realmente agotado - en paralelo a la batería con un condensador puede (a veces mucho) ampliar la vida de la batería resistencia interna aumenta a medida que se agota.