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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messen sehr kleiner Betriebsströme


Autor: Daniel S. (daniel_s)
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Hallo

Ich möchte den Betriebsstrom einer Mikrocontrollerschaltung im Betrieb 
messen. Da diese im Standby wenige uA betragen können stellt sich die 
Frage nach einer passenden Verstärkerschaltung. Ich habe mir das so 
vorgestellt, das ich eine kleine Platine mache, auf der ein Verstärker 
und ein Netzteil drauf sind das ich dann mit wenigen Drähten an die zu 
untersuchende Schaltung anschließen kann. Die Versorgungsspannung des 
Messwandlers würde ich von der Schaltung "holen".

Ich habe mir schon ein paar Gedanken dazu gemacht. Vielleicht könnt Ihr 
diese kurz kommentieren.

Strom über Shunt 100 Ohm -> Instrumentenverstärker INA 114 (sehr kleiner 
Input bias current) mit Verstärkung 1000.

Nur hat der INA 114 kein single supply. Das heißt ich müsste diese noch 
mit einem DC/DC wandler erzeugen. Ich dachte da an SIM5-0512D von 
Reichelt (3 Watt DC/DC Wandler 5V -> +12/-12V, geregelt).

Was meint Ihr dazu? Ich sehe noch ein Problem bei sehr geringen Strömen, 
da die Spannung an 100 Ohm doch sehr gering ist.

Desweiteren könnten die 100 Ohm auch Probleme in der Schaltung bei 
größeren Strömen mit sich bringen (verringerung der Betriebspannung).

Autor: 3356 (Gast)
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Man koennte den 100 Ohm mit einem Relais umschalten zu einem 10k zB Mit 
etwas Vorsicht schafft man  das ohne einen Unterbruch.

Autor: rotzfrech (Gast)
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ich würde parallel zum 100R eine Shottky Diode schalten. sobald der 
Strom größer wird, und der Spannungsabfall über 0.2V fliesst der Strom 
über die Diode und Du hast maximal 0.2V Spannungsverlust.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Wenn Dir der Spannungsabfall zu groß ist, dann nimm einen 
Transimpedanzverstärker (Verstärker mit Stromgegenkopplung). Da ist der 
Spannungsabfall nur von der Leerlaufverstärkung abhängig und dadurch 
i.d.R. sehr klein. Kommt aber auch drauf an, wie groß der Strom maximal 
sein soll. Irgendwo ist da natürlich auch eine Grenze.

Autor: Daniel S. (daniel_s)
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Ja das mit Relais ist zu langsam, ich kann ja die Messbereiche auch per 
Hand durch wechseln des Shunts bestimmen.

Transimpedanzverstärker hört sich nicht schlecht an. Gibts da schon 
Schaltungsvorschläge oder kann man auch was fertiges ala OPA860 (weiss 
aber nicht, wie man den bekommen kann) nehmen?

So spotan fällt mir zu Transimpedanz folgendes ein

             R
      -----|====|------
      |    ______   |
      |   |        |  |
----------| -      |  |
          |        |------------
      ----| +      |
      |   |________|
      |
     ---

Das könnte so schon funktionieren oder? Man müsste nen OP mit hoher 
Slew-Rate und und großen GBW nehmen dann dürfte die Spannung am - 
Eingang nicht sehr groß werden.

Autor: mandrake (Gast)
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Wenn dir der Spannungsabfall über dem Shunt zu groß ist musst du deine 
Versorgungsspannung unabhängig davon machen.
Das geht zum Beispiel dadurch, dass du die Netzteilregelung auf die 
Spannung hinter dem Shunt durchführst. Der Spannungsabfall ist dann qusi 
egal.
Wenn du deine Schaltung zum Beispiel mit einem Stepdownkonverter 
betreibst, heißt das konkret, dass dein Shunt vor den Spannungsteiler 
gesetzt werden muss. Der Wandler regelt dann den Spannungsabfall sofort 
aus. Die Shuntgröße wird dann nur noch durch die maximal verfügbare 
Eingangsspannung des Konverters beschränkt.
Ich hoffe das war einigermaßen verständlich. Ansonsten einfach nochmal 
nachfragen, ich will mir dann nochmal mehr Mühe geben ;-)

Gruß

Mandrake

Autor: Daniel S. (daniel_s)
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Hi

Naja so einfach ist es nicht. Erstens hab ich keinen Regler sondern die 
Spannungsversorgung erfolgt direkt aus der Batterie. Zweitens hat jeder 
Regler ja auch einen Betriebsstrom (supply current), der wohl um einiges 
größer wäre als die wenigen uA des Prozessors im Standby.

Autor: Vizequistore (Gast)
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Also ich nehme immer den Strommessbereich eines Multimeters, 100nA 
Auflösung reichen mir da...

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Daniel Schneeweis wrote:
> Zweitens hat jeder Regler ja auch einen Betriebsstrom (supply current), der
> wohl um einiges größer wäre als die wenigen uA des Prozessors im Standby.

Nunja, der Betriebsstrom des Reglers wird ja nicht mitgemessen, wenn der 
Shunt im Pfad des Ausgangs liegt.
Einzig die Feedbackwiderstände verursachen einen Stromfluss.
Aber mit einem OPV kann man hier locker den Fehlerstrom in den Bereich 
0,05µA treiben.

@Vizequistore: Nur leider ist der Shunt in diesem Messbereich recht groß 
oft >300 ohm

Autor: mandrake (Gast)
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>Die Spannungsversorgung erfolgt direkt aus einer Batterie...

Wenn du eine größere Batterie nimmst kannst du einen Regler (Linear zum 
Beispiel) dahinter schalten.

>Einzig die Feedbackwiderstände verursachen einen Stromfluss.
>Aber mit einem OPV kann man hier locker den Fehlerstrom in den Bereich
>0,05µA treiben.

Den Strom über den Spannungsteiler ist nahezu immer gleich und kann ganz 
einfach herausgerechnet werden. (Summe aller vorzeichenbehafteten Ströme 
in einem Knoten ist Null)


Gruß

Mandrake

Autor: Daniel S. (daniel_s)
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Du meinst also den Shunt in die + Leitung und die Rückkopplung des 
Reglers erst nach dem Shunt? Das wäre eine Lösung.

Irgentwie gefällt mir das mit dem Transimpedanzverstärker besser, da ich 
den Shunt in den GND machen könnte. Oder spricht etwas dagegen, das ich 
nicht beachtet habe?

Mit dem Multimeter geht nicht, da ich auch den zeitlichen Verlauf des 
Strom wissen muss. Der Controller ist die meiste Zeit im Standby und 
schaltet sich nur zyklich kurz ein.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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mandrake wrote:
> Den Strom über den Spannungsteiler ist nahezu immer gleich und kann ganz
> einfach herausgerechnet werden.

Meistens ja, allerdings hängt das auch von der Innenbeschaltung des 
Spg.-Reglers ab.
Da der Fehlerstrom hier aber um den Faktor 100 bis 1000 größer ist als 
der gesuchte Strom, lässt sich dieser in der Praxis doch nicht mehr so 
leicht herausrechnen.

Autor: mandrake (Gast)
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@Alexander Schmidt
Stimmt du hast recht die Ströme sind schon recht klein die gemessen 
werden sollen. Der Feedbackstrom sollte also klein gegen den zu 
messenden Strom sein und der Strom durch den Spannungsteiler recht groß 
gegen den zu messenden Strom. Die Widerstände des Spannungsteilers 
sollten also auch nicht zu groß sein, da sonst die Toleranz derselben 
das Ergebnis zu sehr verfälscht.
Wenn man die aber zu klein macht wird zu viel Leistung verbraten. Bei 
einem Batteriegerät sehr schlecht. Es gilt also einen guten Kompromiss 
zu finden.

@Daniel Schneeweis
>Irgentwie gefällt mir das mit dem Transimpedanzverstärker besser, da ich
>den Shunt in den GND machen könnte. Oder spricht etwas dagegen, das ich
>nicht beachtet habe?

Das kannst du bei einem Regler auch machen.

Gruß Mandrake

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