Микроконтролери и електроника
http://mcu-bg.com/mcu_site/

Измерване на пикова консумация в голям диапазон
http://mcu-bg.com/mcu_site/viewtopic.php?f=4&t=8321		 Страница 1 от 2
Автор:  emilvtc [ Нед Ное 21, 2010 9:19 pm ]
Заглавие:  Измерване на пикова консумация в голям диапазон
Трябва ми уред или начин с който да измеря консумацията на батерийно радио устройство. т.е. нещо като уред отчитащ изконсумираната от устройството енергия за определен период от време - примерно 1 час.
Устройството през повечето време е в SLEEP(1uA) буди се на всеки 100мс за около 100us (4.5mA), а на всяка секунда сканира радиоефира за евентуално да приеме радио-фрейм адресиран до него. При това сканиране устройството консумира 25мА, като това време на сканиране варира в зависимист от това има ли радиотрафик или не, какъв е RSSI-я и е в интервала 0.65uS - 18mS.

Трябва ми начин как да измервам консумацията на устройството, която зависи от зашумеността на ефира, разстоянието м/у отделните устройства (мощността с която устройството излъчва към друго устройство (28 - 38мА) ) и много други фактори.

Лошото в случая е, че диапазона на измерването на тока е 1uA - 40mA, а като капак на всичко консумацията е импулсна и времето и варира от 100uS - 5sec. Да не говорим, че през тези 100uS тока не е постоянен и има пикове. Т.е. трябва ми нещо като интегриращ True RMS амперметър с диапазон 1uA - 40mA и семплиране може би на микросекунда ...

За момента измервам моментния "профил" на консумацията като с осцилоскоп меря пада върху шунтов резистор (усилвам го с ОУ 15 пъти), но това е много неточно и ми дава инфо за моментната консумация. Допълнително в програмата съм добавил софтуерни таймери, които отчитат времето през което процесора е буден, през което сканирам РФ ефира и др., но разбирате, че това не е достатъчно и има някаква грешка.

Та някой сеща ли се за уред или идея как да измеря реалната консумация ?
Автор:  bateAz [ Нед Ное 21, 2010 9:39 pm ]
Заглавие: 
Например така: трябва ти LDO, с което да захраниш устройството. LDO трябва да е свъзможно най-ниска и по възможност константна консумация. Освен това трябва да има бърза реакция на промените на тока на товара, което при ниска собствена консумация е трудничко, но все пак става. На входа на LDO слагаш кондензатор с малка утечка и капацитет поне 470uF. Зареждаш го с константен ток, прецизно поддържан, напр 20mA. Следиш напрежението му с компаратор. Периодично ( прецизни интервали ) проверяваш напрежението на кондензатора, и ако е под нивото на компаратора, пускаш зарядния ток и увеличаваш един брояч с 1. Ако е над нивото, спираш тока. Важно е пускането и спирането да се прави точно в началото на всеки интервал. Правиш си и един брояч на общия брой интервали от време, които за изтекли.
След един час отчиташ общо N на брой интервала и M на брой интервала с ток. Средната консумация е 20mA * M / N. От нея трябва да извадиш консумацията поради утечки на кондензатора и LDO. Това се мери по гореописания начин при откачен товар.
За реализиране на този алгоритъм трябва един генератор на прецизен ток 20mA, един компаратор с малък входен ток, ключ, микроконтролер с програма, LDO и танталов кондензатор(и).
По този начин съм мерил консумацията на устройство с GSM модул, ама постановката вече е зае*ана някъде ...
Автор:  emilvtc [ Пон Ное 22, 2010 10:42 am ]
Заглавие: 
bateAz, Благодаря :-)
Идеята е готина и позволява прецизното измерване на консумация с голям динамичен диапазон.
Ще помисля как да се направи прецизен и бърз генератор на ток за дозаряда на кондензатора.
Мисля, че при моята консумация тока на генератора трябва да е поне 35 - 40мА.

Единствения проблем който виждам е, че може би ще има грешка дължаща се на промяната на собствената консумация на LDO-то при промяна на напрежението му на входа. При ток на генератора 40мА за да не се дозарежда често кондензадора на входа на LDO-то трябва пулсацията в/у него да е относително голяма. Тя ще зависи от стойността на капацитета, зарядния ток и времето за заряд. Трябва някак си да оценя дали грешката от преходния процес при вкл/изкл на ток генератора е по-голяма или по-малка от тази дължаща се на селф консумацията на ЛДО-то поради пулсацията на напрежението на входа му.
Автор:  emilvtc [ Вто Ное 23, 2010 12:07 am ]
Заглавие: 
bateAz, имаш едно черпене от мен.

Нахвърлих набързо една схема на аналоговата част на уреда.
Реших да не прекъсвам зарядния ток на кондензатора, а да го отклонявам.
Чудих се, дали да използвам интегрален генератор на ток (Нешанъл имат такива), но реших да го направя с транзистор и ОУ. Стабилността мисля да я постигна с по-голямото (2.5V) опорно за токовия генератор.

Какви кусури има схемата и какво можем да подобрим по нея?

П.П.
Шотки диода съм го обърнал :)

Прикачени файлове:
PowerMeter.JPG
PowerMeter.JPG [ 34.7 KiB | Прегледано 2366 пъти ]
Автор:  bongo_x2 [ Вто Ное 23, 2010 12:28 am ]
Заглавие: 
Малко ти е мътната картинката пък и трябва да се внимава някой елемент да не отиде в ненормален режим.
Аз обаче виждам явен бъг в U4B - що ти е да се белосваш с аналогов хистерезис или и там си объркал посоките?

Това с отклоняването на тока може да е за добро - постоянна консумация.
Автор:  bateAz [ Вто Ное 23, 2010 1:08 pm ]
Заглавие: 
С отклоняване на тока се прави. Но хистерезис на ОУ не ти трябва - ти и без друго ще го семплираш периодично и няма начин да получиш логическо ниво 0.5, евентуален шум около момента на превключването също не е страшен. Не си написал стойностите и типа на елементите, това има значение. Вместо MOSFET и на двете места можеш да сложиш BJP транзистори - напр BC547, BC557. Базовият ток на транзистора е генератора на ток ще е практичести постоянен и няма да ти доведе до сериозна грешка. За справка - виж характеристиките на транзистора.
Шотки диод не е добре да се ползва, защото има обратен ток, по-голям от собствената консумация на LDO. Сложи обикновен силициев, напр. 1N4148.
Автор:  Lupus [ Вто Ное 23, 2010 3:13 pm ]
Заглавие: 
@bateAz,
Твоето в какъв диапазон мереше? Че и на мен ми трябва такова чудо за същото. Как визуализираш резултата?
Автор:  bateAz [ Вто Ное 23, 2010 3:14 pm ]
Заглавие: 
Lupus написа:
@bateAz,
Твоето в какъв диапазон мереше? Че и на мен ми трябва такова чудо за същото.


Пт 1-2 мА до към 2А - колкото е един стандартен GSM модул
Автор:  sss56 [ Вто Ное 23, 2010 11:58 pm ]
Заглавие:  Измерване на пикова консумация в голям диапазон
Бих Ви предложил вариант с DAQ платка със скорост на самплиране >1MS/s, 16 bits. Два обхвата 1-200uA;200uA-40mA(ако е 18bits предполагам може и 1 обхват).Малка програма за изчисляване на тока.
Автор:  emilvtc [ Сря Ное 24, 2010 10:37 am ]
Заглавие: 
sss56,
Първоначално и аз си мислех за подобен вариянт. Оказа се, че за да меря постоянен ток в обхвата 1..40000uA ми трябва минимум 16 истински бита от АЦП -то, които за да ги имам - то трябва да е над 18 битово. Да не говорим, че не се сещам за 18+ битово ацп с 1милион отчета в секунда (някой ако знае - да каже). Освен това с повишаване на семпъл рейта - АЦП-то има все по-малко "реални" битове в отчета си.

Понеже тока е импулсен, и има пикчета с амплитуда 18мА за по 10-20uS, при семплиране с 1MHZ грешката от интегриране ще е голяма. Т.е. според мен за TRUE RMS измерване при тази постановка трябва по-висок семпъл рейт (да кажем за грешка <= 1%).

Това са само някои от проблемите в моя случай, поради които подобма конфигурация на измервателния уред е неподходяща.

Идеята на bateAz не страда от тези недостатъци, но си има други. За моя случай те ми изглеждат приемливи.
Автор:  Lupus [ Сря Ное 24, 2010 11:09 am ]
Заглавие: 
bateAz написа:
Lupus написа:
@bateAz,
Твоето в какъв диапазон мереше? Че и на мен ми трябва такова чудо за същото.


Пт 1-2 мА до към 2А - колкото е един стандартен GSM модул

Ако случайно изровиш твоята установка, бих те помолил да я ползвам за няколко измервания.
Автор:  tgi [ Сря Ное 24, 2010 12:45 pm ]
Заглавие: 
emilvtc написа:
sss56,
Първоначално и аз си мислех за подобен вариянт. Оказа се, че за да меря постоянен ток в обхвата 1..40000uA ми трябва минимум 16 истински бита от АЦП -то, които за да ги имам - то трябва да е над 18 битово. Да не говорим, че не се сещам за 18+ битово ацп с 1милион отчета в секунда (някой ако знае - да каже). Освен това с повишаване на семпъл рейта - АЦП-то има все по-малко "реални" битове в отчета си.
...


Отдавна техниката е отишла в други измерения :) .
16 бита 250 MSPS най-много гледам имат ADI, като за твоя случай нещо такова
http://www.analog.com/en/analog-to-digi ... oduct.html
би свършило работа. Има ги сума ти ставащи, това просто го цъкнах без да му мисля.

Друг е въпросът кое усилие ще е по-голямо, може би аналоговият метод на батето да е все
пак най-практичния път ако ще мериш нещо за свои цели. Ако ще правиш продукт дето да се
продава сметките ще са различни, ама май не е така.
Автор:  bateAz [ Сря Ное 24, 2010 1:00 pm ]
Заглавие: 
А бе хора, защо само си усложнявате живота. Дори и да ви трябва по отчети да записвате консумацията, точност 1% ви е повече от достатъчна. Това се мери с 10-12 битово ADC.
Малък трик: ползва се 2 или 4 канално ADC. На първия канал се подава сигналът усилен така, че при максимален ток да имаш пълния обхват на конвертора. На втория се подава с десетина пъти по-голямо усливане, на третия с още десетина и т.н.
Алгорътъмът е прост: мериш и четирите канала, ако на най-чувствителния канал имаш препълване, гледаш по-грубия и т.н.
Относно честотата на дискретизация: според мен даже 100ksps е достатъчно. Трябва само на входа да се сложи филтър с времеконстанта 10-15 микросекунди. Това TrueRMS не го вдянах ... За DC измервания не съм го учил как се прави ...
Изведнъж се оказа, че задачата е решима само с един гламав микроконтролер с 12-битово ADC и малко аналоговости ...
Автор:  tgi [ Сря Ное 24, 2010 1:24 pm ]
Заглавие: 
Разбира се, че е решима и аналоговостите не са нищо специално. True RMS сякаш
има място в цялата работа, нали токът не е постоянен а е с променлива стойност.
Това, което може да му се измери е площта на тока (Y) и времето (X), в разни интервали
от време според мерака. Предвид това, че консуматорът сигурно си има бая развързващи
кондензатори естествено скорости на нарастване няма да има кой знае какви, та и 10-те
микросекунди може да дойдат overkill :-).
Ама аз все току се впечатлявам от ADC-тата, дето ADI правят, та само чакам да ме подбутнат :D .
Преди вече над 10 години, като изкараха първия 10 MSPS, 14 бита (към 300 миливата яде....)
стана практично правенето на моя вид преобразуване, тогава в hi-spec модула, сега и в
netMCA-3 ... та оттам и сантиментите ми в тая посока :) .
Автор:  emilvtc [ Сря Ное 24, 2010 4:29 pm ]
Заглавие: 
В батерийните изделия чиято консумация трябва да измеря няма "един билюк" развързващи кондензатори. Паралелно на батерията има само един танталов 2.2uF. Та неговите утечки са по-големи от тока на процесора в приспано състояните. Има и керамични с такъв капацитет, но пари чинят и колегите не искат да ги ползват. Целта е да не разреждаме батерията излишно, нали?
Процесора е от тъпите и има вътрешен LDO регулатор на 1.8V. Той си има външен байпас 2.2uF. Та при всяко събуждане на проца като се включи LDO-то текват едни пикови зарядни токове на байпасния кондензатор от порядъка на 18-20 мА за около 5uS, които трябва да се измерят и усреднят също.
Така че високия семпъл рейт на сканиране на ADC-то няма да е оверкил :-)

АЦП-то което предлага tgi изглежда много яко. Скоро не бях ги зачитал и не знаех, че ина вече толкова високо-разрядни (18 бит) с толкова висок семпъл рейт :idea:
Страница 1 от 2 Часовете са според зоната UTC + 2 часа [ DST ]
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
http://www.phpbb.com/