¿Cómo medir el consumo de energía en dispositivos de muy baja potencia?

5

Esto podría ser una noticia antigua en media década o dos, pero, por los medios actuales, me refiero a los prototipos y diseños electrónicos que dibujarían en un rango de corriente μA (uA) e incluso nA.

Algunos MCU recientes, como el SAMD21 que estoy usando atm están armados con relojes internos como, siempre encendido, Osciladores RC de 32kHz internos de potencia ultra baja que dibujarían solo 125nA, y todo el microcontrolador es capaz de consumir solo 6.2μA en modo STANDBY con un RTC en vivo.

En este tipo de niveles de corriente de reposo y de consumo de energía, las limitaciones más pequeñas en la maquinaria interna de los dispositivos de medición de banco, como los multímetros y los osciloscopios, podrían agregar un poco de error a la medición general o incluso medir un valor totalmente erróneo en situaciones. como un relé diferente que se activa cuando se cambia la resolución de 6 a 8 decimales en su multímetro.

¿Cuál es el método más preciso para medir la corriente de reposo / el consumo de energía en general para tales aplicaciones?

Actualizar:

Como mencioné en una de las respuestas, medir corrientes bajas es difícil pero muy posible, sin embargo, sacar conclusiones sobre la cantidad integrada de consumo de corriente para obtener números para el realista sobre toda la potencia El consumo es más de lo que tenía en mente.

Me he encontrado con algunas soluciones como , sin embargo, el amplio rango en esta nota de aplicación solo se limita al máximo de 200uA y, en mi caso, mi corriente máxima puede aumentar a miliamperios cuando mi radio está transmitiendo y podría caer a tan solo 3uA cuando Todo el sistema se va a dormir.

    
pregunta Mehrad

4 respuestas

7

Una solución es usar un amplificador de instrumentación para medir la caída de voltaje en una resistencia de derivación. Estos están diseñados para ofrecer una impedancia de entrada extremadamente alta para ambas entradas del amplificador (más de 1 giga-ohmio), mientras que le permite amplificar esta señal por factores relativamente grandes (1000x no es infrecuente). Tenga en cuenta que el hecho de que haya una impedancia de entrada realmente alta no es demasiado importante para esta aplicación en particular, sin embargo, el alto factor de amplificación es.

El esquema básico tiene este aspecto (estoy usando IA es un paquete independiente para un amplificador de instrumentación; a menudo, estos tienen una resistencia de ganancia externa para que pueda elegir la ganancia que desee):

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El gran factor de amplificación le permite usar una resistencia de detección relativamente pequeña, mitigando una gran parte del efecto del voltaje de carga en su DUT.

Si solo está buscando comprar una solución lista para usar que haga esto de manera efectiva, puede buscar algo como uCurrent . Probablemente también haya IC específicos diseñados para este rango actual.

Dado que las salidas de este tipo de sensores de corriente es solo un voltaje analógico relativamente aislado, puede usar cualquier osciloscopio o medidor de voltaje estándar para medir la corriente.

Estos dispositivos muy simples son lo suficientemente buenos para cosas en los rangos de nano y micro amperios y son relativamente fáciles de usar.

Para corrientes aún más pequeñas (rangos pico o fempto amperio), hay chips especialmente diseñados como el LMP7721 , junto con algunas páginas de notas de aplicación sobre diseño de baja corriente. Es poco probable que desee algo como esto para medir el consumo de corriente de potencia. Estos suelen ser utilizados por la comunidad científica para medir las salidas de los sensores (fotodiodos / otros sensores de muy baja corriente).

    
respondido por el helloworld922
3

El Microchip AN1416: Guía de diseño de baja potencia, en la página 6, especifica una solución muy interesante y simple para medir el consumo estático de corriente muy bajo, utilizando lo que se denomina 'el método del condensador'.

Una carga conocida se establece en un condensador conocido. Esta carga se usa luego para suministrar energía al dispositivo bajo prueba. Después de un tiempo conocido, desconecta el condensador del Dut y mide su voltaje residual. Con este delta y con una fórmula proporcionada por el mismo documento, puede estimar cuánta corriente consume su dispositivo durante un período de tiempo.

El documento también señala qué tipos de condensadores usar y cómo explicar la corriente de fuga del condensador.

Debajo del documento de Microchip.

enlace

    
respondido por el H Krammes
1

Una solución disponible en el mercado es una uCurrent de CMicrotek , que vale la pena el precio. Medí fácilmente las corrientes 1uA. Con un alcance puedo ver cuando se ejecutan diferentes funciones de mi aplicación. Puede conectarlo a un visor o a un voltímetro de sobremesa.

    
respondido por el filo
1

La solución profesional es utilizar un multímetro de banco suficientemente bueno.

Conocí a personas que midieron el consumo de corriente promedio (< 10µA) como parte de su rutina de desarrollo de software, utilizando algo como Keysight 34465A con la opción de 50000 mediciones / s.

    
respondido por el starblue

Lea otras preguntas en las etiquetas