작고 뾰족한 양의 전류를 측정하는 방법은 무엇입니까?

주변 장치가 어느 정도 연결된 마이크로 컨트롤러가 있고 배터리 수명을 합리적으로 추정하려고합니다. 때때로 수면 상태를 유지하고 다양한 주변 장치의 상태가 다를 수 있기 때문에 현재 소비 전력은 uA (절전 모드)와 약 10mA (각성) 사이에서 달라질 수 있습니다.

이제 배터리를 장착하고 시간을 측정하고 측정 할 수 있었지만, 펌웨어와 하드웨어에서 서로 다른 접근 방식을 비교하는 데 시간이 많이 걸리고 어려울 수 있습니다.

멀티 미터를 직렬로 배치 할 수는 있지만 데이터 로깅이 있더라도 일정한 간격으로 보간해야하며 간격보다 작은 변형을 완전히 놓칠 수 있습니다. (또한 부담 전압과 그 모든 것)

내 장치가 충분히 잠 자면 깨어있는 전류는 다소 무시할 만하지 만 잠자기 시간 대 깨어있는 시간의 1000 : 1 비율이 필요할 수 있으므로 모든 디자인에 해당되는 것은 아닙니다.

시간이 지남에 따라 매우 적은 양으로 전류를 통합하는 장치가 있습니까 (예 : 킬-와트 콘센트 미터가 아님)? 기본적으로 나는 "지난 1 시간 동안 20mAh가 소비되었다"는 것을 알고 싶습니다. 주어진 시간에 정확한 전류 측정 값을 얻을 수있는 경우 보너스 포인트는 깨어있는 전류 소비와 수면 전류 소비를 비교합니다.

글쎄, 특정 전류 감지 IC가 있습니다. 당신의 경우에, 나는 "간단히"다음과 같이 갈 것입니다 :

• 배터리와 전자 장치 사이에 작은 (예 : 0.5Ω) 직렬 저항을 사용하십시오.
• 계측 증폭기를 사용하여 해당 저항의 전압을 증폭
• ADC를 사용하여 해당 전압 기록

문제 :

1. 낮은 전류 · 낮은 저항 = 낮은 전압 : 노이즈로 인해 측정 정확도가 떨어집니다.
2. 마이크로 컨트롤러는 매우 빠르게 일어나고 똑같이 빠르게 잠들기 때문에 ADC 샘플링 속도는 반드시 매우 높아야합니다.

그러나 원칙적으로 작동하고 확실하게 실행 가능합니다 (안정적이고 저잡음의 고 증폭 계측 증폭기를 설계하는 것은 쉽지는 않지만, 기존의 인스트럭션 IC가있어 훨씬 쉬워집니다).

운 좋게도 문제는 다소 흔합니다. 텍사스 인스트루먼트 (Texas Instruments)를 포함한 많은 사람들은 전류 감지 증폭기 포트폴리오를 가지고 있으며, 이들 중 일부는 앞에서 언급 한 션트 저항과 디지털 인터페이스를 모두 통합하고있다. TI의 제품 목록을 참조 하십시오 .

실제로이 IC는 전류와 공급 전압을 동시에 측정 할 수 있으며 비선형 요소 (예 : , MCU).

예를 들어 INA233은 외부 션트 (예 : 0.3Ω)에 연결할 수 있으며 ADC 단계 당 2.5µV의 분해능을 갖습니다. 즉, 단일 ADC 단계는 전류에서 I = U / R = 2.5 µV / 0.3 Ω = 8.333 µA입니다.

장치에는 자동 샘플링 및 평균화 모드가 있으므로 빠르게 변화하는 부하에서도 쉽게 근사치를 얻을 수 있다고 생각합니다.

또한 방금 알았 듯이 "경고"레벨이 있으므로 전류가 구성 가능한 임계 값 이상으로 상승 할 때마다 측정 시스템을 깨울 수 있습니다. 좋은! 이렇게하면 가끔 샘플링 만하면됩니다.

시간이 지남에 따라 매우 적은 양으로 전류를 통합하는 장치가 있습니까?

예, 몇 가지가 있습니다. 가장 오래된 것은 전기 도금 전지 (도금 된 금속의 질량은 암페어-시간을 나타냄) 에디슨 (Edison) 특허 이며, 전기 분해 전지 (모세관에 가스 축적)가보다 최근에 사용되었다. 이것은 장기간 사용 후 배터리를 분석하는 것과 정확히 동일합니다.

요즘에는 디지털화를 사용하십시오.

디지털 샘플링 속도보다 변동이 더 빠를 것으로 예상되면 해결할 수 있습니다. 전류 센서를 우회하는 고주파 컨덕턴스 (콘덴서)와 병렬 저주파 컨덕턴스 (인덕터 및 전류 감지 요소)를 사용하여 2 분기 전류 경로를 배열 할 수 있습니다.

디지털 샘플링 입도를 상쇄하는 장기간의 소 전류를 예상하는 경우에도 해결할 수 있습니다. DC 전류 신호에 작은 DC 플러스 백색 잡음 소스를 추가하면, 소수 비트의 전류가 (통계적으로) 많은 시간에 걸쳐 올바른 디지털 축적을 야기합니다. 디더링이있는 ADC 5a 추가 된 신호의 DC 부분을 교정해야합니다. 의사 랜덤 노이즈 소스는 이러한 종류의 '디더링'에 유용합니다.

레지스터로의 디지털화 및 누적 (킬-와트와 동일)은 쉽게 사용 가능한 구성 요소와 함께 작동 할 수 있으며 일부 속임수는 잘못 측정 할 수있는 가능성을 길들입니다.

빠르고 더러워진 : 슈퍼 캐퍼시터! 또한 울트라 커패시터도 검색합니다. 시스템에 전원을 공급하고 시간이 지남에 따라 전압 전류로 통합 전류를 표시합니다.

어떤 프로세서 Vdd 및 / 또는 배터리 볼트를 고려 했습니까? 커패시터는 당연히 전류를 통합하며, 배터리 공급 장치 대신 몇 개의 패러 드 수퍼 커패시터를 사용하면 시간이 지남에 따라 떨어지는 전압을 측정하고 장기 평균 마이크로 앰프를 정확하게 결정할 수 있습니다.

설계에 일정한 Vdd가 필요한 경우 테스트가 실행되는 동안 전압이 XX % 만 떨어지도록 슈퍼 캡 값을 선택하십시오. 평균 전류에 따라 몇 달러짜리 커패시터로 도망 갈 수 있습니다. 예를 들어, 몇 볼트에서 4.7 패럿은 잉여 카탈로그의 일반적인 수퍼캡입니다. (Sparkfun은 약 10 개의 패럿을 가지며 최대 크기는 2.7V에서 Electronic Goldmine의 3000- 패럿 부스트 캡입니다.) 스택은 직렬로 연결되어 더 높은 전압 제한을 얻습니다.

넓은 다이나믹 레인지를 기대하는 경우 옵션은 LOG114 와 같은 로그 트랜스 임피던스 증폭기에 의해 흐르는 전류 미러를 사용할 수 있습니다 . 잘 조정 된 회로를 통해 60 년 이상의 범위를 얻을 수 있습니다. 전류 미러 후에 커패시터로 통합을 조정할 수 있습니다.

이것은 더 복잡한 솔루션이며 배터리 충전량이 크게 변경 될 때 고전류에서의 해상도는 더 낮습니다. 정확도 대 직선 비례 감지는 저 전류에서 소비하는 시간의 비율에 따라 다릅니다.

또한 ADC 분해능으로 무차별 대입 할 수 있습니다. 24 비트 또는 32 비트는 문제없이 40 년을 커버 할 수 있습니다.

대략적인 측정 (+/- 10 % 또는 20 %)

샘플 속도가 중요한 데이터를 놓치지 않도록 충분히 큰 시간 상수를 생성하기 위해 저항을 전력과 직렬로 연결하고 커패시터와 병렬로 연결하십시오. 예를 들어 100Hz로 샘플링하는 경우 0.2 초의 시간 상수를 선택할 수 있습니다. 아마도 그것은 전해 콘덴서 일 것이고 낮은 임피던스 유형이 가장 좋으며, 펄스가 약 10us보다 짧으면 1uF-10uF 세라믹과 병렬로 연결할 수 있습니다. 그 가치는 중요하지 않으며, 충분히 높아야합니다. 작동에 영향을 미치면서 충분한 측정을 할 수있을만큼 충분한 신호를 생성하도록 너무 많은 전압이 떨어지지 않도록 저항을 선택하십시오.

증폭기 또는 그와 같은 것들의 상승 및 하강 시간을 분석 할 필요가 없습니다. 저항기와 커패시터가 작동합니다.

배터리가 실제로 소모되기 전에 배터리가 "스파이 키"펄스에 대한 임피던스가 낮은 소스이기 때문에 작동이 실패 할 수 있음 지칠수록 증가합니다.

내가 제안하는 것은 아마도 과잉 일 것입니다. 그러나 표준 / 저렴한 솔루션에 충분한 동적 범위가 없거나 이러한 종류의 측정을 정기적으로 수행하는 경우이 매우 깔끔한 장치를보고 싶을 것입니다. 로켓 로거 .

ETH Zurich가 개발하고 공개합니다. 이를 "휴대용 측정을위한 정밀 혼합 신호 데이터 로거"라고합니다. Beaglebone SBC를 기반으로 매우 높은 동적 전류 범위를 갖는 휴대용 전류 및 전압 로거입니다.

• 4nA ~ ± 500mA의 높은 동적 범위를 가진 2 × 전류 채널
• 13 uV ~ 최대 ± 5.5 V로 측정되는 4 개의 전압 채널
• 기타...

면책 조항 : 나는 장치의 제작자와 관련이 없습니다.

쿨롱 카운팅은 적어도 1 회 반복 사이클의 측정 된 간격에 대해 알려진 전하 Q = CV로부터의 전압 강하에 의해 저장된 전하의 변화를 측정함으로써 수행 될 수있다.

먼저 배터리 수명은 필요한 총 충전 수명 에너지를 선택할 수 있도록 최소 와트 단위 또는 줄 단위 로 정의해야합니다 .

둘째, 쿨롱 카운팅 방법은 소프트웨어 테스트가 에너지에 최적화 될 수 있도록 수면 및 펄스 활동의 반복주기를 평균 할 수있는 경우 1 시간과 같은 짧은 간격으로 일부 테스트 방법에 의해 충분히 정확해야합니다 .

배터리 저장 수명은 수도 있고, 예를 들어 수 있었다; 1 회 1 차 또는 1 일 2 차 청구간에 사양을 지정해야합니다.

셋째로 , 낮은 누설 캡을 사용하여 Coulombs를 더 빠르게 계산할 수 있습니까? 1 시간과 같은?
드레인이 평균 20mA / h로 예상되고 0.1V 만 떨어 뜨린 경우 어떤 값 C가 필요합니까? C = Ic * dt / dV = 20mA * 3600s / 0.1V = 700 패럿

가능하면 3V CR123A 배터리와 같이이 커패시턴스 범위를 가진 부품을 선택한 다음 쿨롱 카운팅 방법과 전압을 확인하십시오.

또는 전류를 감지하고 전류 내용을 사용하여 디자인과 별도로 Coulombs를 정확하게 계산하십시오.

질문의 한 시간 부분이 조금 어려워 지지만 장치가 주기적으로 무언가를 수행하는 경우 (대부분의 내장 된 것들처럼) 실제로 필요하지 않을 수도 있습니다.

그래서 당신이 살 수있는 것을 보여주기 위해 과잉 행동을하십시오. 키 사이트 CX3300은 당신이 200 MHz의 아날로그 대역폭과 1 GSA / s의과 전류 파형을 샘플링 할 수 있습니다. 256MSa의 메모리와 함께 사용하면 1 시간 이상에도 적절한 샘플 속도를 얻을 수 있습니다. 가격은 물론 33,000 달러부터 시작하여 프로브는 4,800 달러부터 시작합니다.

내가 일반적으로 가고있는 조금 더 싼 길은 N2820A 와 같은 전류 프로브와 함께 내 오실로스코프를 사용하는 것입니다. 정말 사용 가능합니다. 그러면 저 전류 측정 채널과 고전류 측정 채널이 제공되므로 분석에는 약간의 수동 계산이 필요합니다.

위에서 언급 한 Keysight 제품과 같은 다른 제조업체의 유사한 제품이 있다고 확신합니다.

내 오실로스코프에는 많은 양의 메모리가 제공되지 않기 때문에 일반적으로 수행하는 작업은 한주기의 활동을 측정하고 그로부터 계산하는 것입니다. 장치에는주기가 길지 않으므로 제대로 작동합니다.

자동 Wh 계산으로 오랜 시간 측정해야하는 경우 신뢰할 수있는 Gossen Metrahit Energy를 사용 합니다.이 전류는 저 전류에서도 큰 역할을합니다. 그러나 샘플링 속도가 크지 않기 때문에 데이터 로깅은 가변 전류에 적합하지 않습니다.

고가의 장비를 자랑 하면서이 답변을 오해하지 마십시오. 요구 사항을 처리 할 수있는 전문 테스트 장비가 있음을 나타냅니다. 대부분의 다른 답변은 스스로 수행하는 데 중점을 둡니다 (문제가 발생할 수 있음) 자신만의 행복한 테스트를 수행하지 않는 경우).

나는 어떤 식 으로든 Keysight 또는 Gossen과 제휴하지 않고 단지 제품을 좋아하는 사용자입니다.

@marcusmuller의 훌륭한 답변을 취하여 출력을 적분기에 공급하십시오. 시작하기 전에 캡을 제로화하고 누적 된 mAh 또는 uAh를 DC 전압으로 측정하십시오.

적분기 커패시터 선택을 실험해야 할 수도 있습니다. 일부 커패시터 설계는 담금질이 나쁘거나 내부 저항이있어 제로화가 제대로되지 않습니다.

멀티 미터를 직렬로 배치 할 수는 있지만 데이터 로깅이 있더라도 일정한 간격으로 보간해야하며 간격보다 작은 변형을 완전히 놓칠 수 있습니다.

따라서 측정 체인에 저역 통과 필터를 배치하여 상당히 낮은 주파수에서 평균값을 기록 할 수 있습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

짧은 시간 (초) 동안 오실로스코프에 연결된 μCurrent 와 같은 장치를 사용할 수 있습니다 .

피크 전류가 상대적으로 중요하지 않은 경우 (예 : 매우 짧거나 마이크로 컨트롤러의 피크 전류와 같이 다소 고정적이고 알려진 값에 의해 지배되기 때문에) 병렬로 다이오드와 함께 션트 저항을 사용하여 전압 강하를 제한 할 수 있습니다. 100Ω 션트와 ​​SI 다이오드를 병렬로 사용하면 최대 ~ 7mA를 측정하고 수십 μA의 정확도를 달성 할 수 있습니다.

배터리 사용에 대한 아이디어가 최선의 방법이라고 생각하지만 왜 배터리가 단단하거나 비싼 지 잘 모르겠습니다. 구매할 수있는 A-Hr 미터가 있다고 확신하지만 관심있는 짧은 전류 간격을 정확하게 측정하지 못할 수도 있습니다. 또 다른 방법은 오실로스코프에 연결된 전류 프로브입니다. 이것은 진폭과 시간 측면에서 전류를 특성화하는 가장 정확한 방법 일 수 있지만 전류 파형이 주기적이 아닌 한 A-Hrs를 제공하지 않습니다.

나는 오래 전에 리튬 배터리 로이 문제를 해결해야했습니다. 장치는 분당 한 번 매우 적은 시간 동안 깨어났습니다. 배터리 양단의 전압을 샘플링 할 수 있습니다. 이 상황에서 리튬 배터리의 문제는 방전 사이클에서 매우 '무릎'이 발생하여 그 시점에 도달하면 시간이 거의 지나지 않아 값 범위가 작다는 것입니다.

실제로 로직 / 아날로그 분석기 (Saleae Logic 8)를 µCurrent Gold에 연결하고 완전히 충전 된 상태에서 방전 된 상태까지 전체 전류 플롯과 배터리 전압을 측정했습니다. 개발 인터페이스에 연결하여 값을 폴링하고 저장하는 Python 스크립트를 실행할 수 있습니다. 이것은 TON을 생성합니다 의 데이터를 하며 종종 Excel에서 쉽게 조작 할 수 없지만 적어도 특정 시간에 어떤 순간 전류가 있는지 확인하기 위해 최소한 시간을 열 수 있습니다.

내가하고있는 배터리 수명 검증의 스크린 샷은 찾고있는 것과 비슷합니다.

노란색 신호는 전류입니다 (V는 A로 변환 됨). 배터리 응답을 볼 수 있습니다 (이 경우 배터리가 로직 8의 최대 5V보다 높을 수 있음) 그러면 가장 중요한 것은 파워 레일이 켜지고 측정을 위해 꺼지는 것을 볼 수 있습니다 (실제로 CAT를 통해 데이터를 전송했습니다) 클라우드 서버에 -M). 귀하의 경우, 듀티 사이클이 훨씬 작기 때문에 흥미 진진한 물건을 보지 못할 것입니다 (여기서 배터리 테스트를 가속화했기 때문에 너무 자주 발생했습니다)

내 설정이 어떻게 보이는지 보려면 최근에 위의 캡처를 생성 한 기어로 측정하는 방법에 대한 기사를 썼습니다 .

GPIB 제어형 osciliscope 또는 다른 브랜드 데이터 로거와 비슷한 작업을 수행 할 수 있습니다. 방금 가지고 있던 것을 사용하는 일이 일어났습니다.

확장 된 캡처 의 경우 로직 분석기에 대한 Saleae 프로그래밍 참조 를 확인할 수도 있습니다 . 또한 캡처를 만드는 데 사용한 코드 의 요점도 여기에서 만들었습니다 .

이 모든 답변과 @wbeaty만이 명백한 답변을 언급했습니다. 전류를 시간과 통합하는 장치? I = C dV / dt는 어떻습니까?

전류 소비가 충분히 낮 으면 몇 개의 커패시터만으로도 충분하지만 더 높은 전류에는 슈퍼 커패시터가 필요합니다. 적당한 시간 내에 합리적인 하락을 얻도록 커패시터를 조정합니다. 아래 회로와 같은 회로가 트릭을 수행합니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

용량 성 분배기는 노드에서 전류를 제거하는 것을 피하기 위해 존재합니다. 주변 장치 핀을 통해 uC 공급 장치에 사전 충전되어 초기 조건을 설정 한 다음 주기적으로 측정하여 방전 속도를 읽을 수 있습니다. 이 회로의 한 가지 문제점은 출력 전압이 변경되어 가변 부하를 의미 할 수 있다는 것입니다.

이 문제를 피하고 합리적인 크기의 구성 요소로 조정 가능한 다목적 회로의 경우 아래의 개념도와 같이 능동 정전 용량 승수를 대신 사용할 수 있습니다. 알려진 하중에 대한 일부 교정 및 맞춤형 소비 측정기가 있습니다.

^{이 회로를 시뮬레이션}