Hallo Gemeinde,
Ich würde mir gerne den Stromverbrauch meiner Schaltung über die Zeit
darstellen.
Meine Schaltung nimmt Ströme von zirka 0,4uA bis 40mA auf.
Diese Werte habe ich jedenfalls mit dem Multimeter messen können.
Zeitlich Aussagen, wann wie viel verbraucht wird kann ich nicht treffen,
da mein Multimeter doch sehr träge reagiert.
Für sowas würde ich gerne mein Oszi hernehmen und einen Messwiderstand /
Shunt in Reihe zur kompletten Schaltung einsetzen und den
Spannungsabfall an Kanal 1 darstellen.
Wie dimensioniere ich denn diesen Widerstand?
Angenommen ich würde einen einfachen 10Ohm Widerstand mit 1% Genauigkeit
"missbrauchen", wie "weit" komme ich damit?
Wie würdet ihr da vorgehen?
Herzlichen Dank!
Ausführlicher:
Nur du weisst wie viel Spannung an dem Strommesshunt abfallen darf ohne
deine Schaltung zu beeinträchtigen.
Je höher der Widerstand, desto stärker der Spannungseinbruch an deiner
Schaltung und genauso desto höher deine Signalspannung für dein Oszi.
Sven Scholz schrieb:> Meine Schaltung nimmt Ströme von zirka 0,4uA bis 40mA auf.
Das ist ungünstig. Faktor 10^5. Das kann man mit einem üblichen Oszi
nicht mehr vernünftig darstellen.
> Für sowas würde ich gerne mein Oszi hernehmen und einen Messwiderstand /> Shunt in Reihe zur kompletten Schaltung einsetzen und den> Spannungsabfall an Kanal 1 darstellen.
Das ist, wie gesagt, ziemlich nutzlos. Du brauchst einen
logarithmierenden Vorverstärker, um das vernünftig messen zu können.
Man legt zuerst fest, welcher Spannungsabfall im Versorgungspfad bei
Vollast noch akzeptabel wäre, dimensioniert den Shunt dementsprechend
und in der Folge den Vorverstärker.
Sven Scholz schrieb:> Ich würde mir gerne den Stromverbrauch...
Du meinst wohl die Stromaufnahme?
Sven Scholz schrieb:> Meine Schaltung nimmt Ströme von zirka 0,4uA bis 40mA auf.
Klingt nach Deepsleep und aktiver Phase. Ohne Messbereichsumschaltung
wirst Du das kaum hinbekommen.
Es gibt Messverstärker, schaue Dir mal an wie die das machen...nur so
als Anregung.
https://www.welectron.com/Messverstaerker
Du findest Pläne zu den Geräten.
> Das ist ungünstig. Faktor 10^5. Das kann man mit einem üblichen Oszi> nicht mehr vernünftig darstellen.
Das stimmt natuerlich. Aber man kann mit einem Oszi ja die Verstaerkung
einstellen und sich alles nacheinander anschauen. So mach ich das
jedenfalls.
Ich nehme dafuer einen MAX4080. Der verstaerkt 60x, Highside, kann
irgendwo zwischen 0 und 70V vom Bezugspegel liegen und hat so 150khz
Bandbreite.
Olaf
Olaf schrieb:> Das stimmt natuerlich. Aber man kann mit einem Oszi ja die Verstaerkung> einstellen und sich alles nacheinander anschauen.
Natürlich. Das erfordert allerdings, dass man die verschiedenen
Betriebszustände der Schaltung gezielt herbeiführen und dann halten
kann.
Das ist leider längst nicht immer möglich.
Und außerdem: für eine Untersuchung der dynamischen Eigenschaften in
einer realen Applikation ist der Ansatz natürlich sowieso völlig
unbrauchbar.
Sven Scholz schrieb:> Wie würdet ihr da vorgehen?
Ich hätte den 10 Ohm Widerstand in die Zuführung gehangen und geschaut,
was rauskommt, statt im Forum auf Antworten zu warten.
10 Ohm ist übrigens ein guter Anfang. Wenn man es nicht so mit rechnen
hat, nimmt man 1 Ohm...
Bernd schrieb:> 10 Ohm ist übrigens ein guter Anfang. Wenn man es nicht so mit rechnen> hat, nimmt man 1 Ohm...
Bei 0,4µA hat man dann einen Spannungsabfall von 0,4µV. Das braucht man
gar nicht erst aufzubauen, um zu sehen was dabei auf einem Oszi raus
kommt.
Hallo,
die Frage ist doch wie lange dauert der 40mA Puls und wie groß sind die
lokalen Abblockkondensatoren.
Eventuell filtert der ja schon den Peak Strom auf einen Mittelwert von
2-4 mA wodurch sich dann ein größerer Meßshunt (50-100 Ohm) verwenden
läßt um den Mittleren Strom zu messen.
Eine Bandbreitenbegrenzung ist sowieso notwendig. Ein Oszi hat bei 20MHz
Bandbreite ca 0.5 mVpp Eigenrauschen.
Olaf schrieb:> Das stimmt natuerlich. Aber man kann mit einem Oszi ja die Verstaerkung> einstellen und sich alles nacheinander anschauen. So mach ich das> jedenfalls.
Bei mehreren Kanälen geht das auch gleichzeitig (Verschiedene
Verstärkungen auf unterschiedlichen Kanälen und man sucht sich den Kanal
heraus der gerade noch nicht übersteuert ist).
> Ich nehme dafuer einen MAX4080. Der verstaerkt 60x, Highside, kann> irgendwo zwischen 0 und 70V vom Bezugspegel liegen und hat so 150khz> Bandbreite.
Damit ist man dann weiter weg vom Oszi Eigenrauschen.
Den ganzen Aufbau steckt man am besten in eine metallische Keksdose.
karadur schrieb:> Scope 8Bit ?
Es gibt ja auch noch Scopes mit 10, 12 oder 16 Bit und mit Oversampling
(Hires-Mode = Bandbreitenbegrenzung) läßt sich auch noch was holen.
siehe auch:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Batteriew%C3%A4chter#Nachtrag2:_Strommessung_mit_dem_Oszi
Gruß Anja
Ich habe zu diesem Zweck ein Joulescope gekauft. Ich finde es Klasse.
Für Hobbynutzung aber eher teuer. Auf Kickstarter waren etliche
technische Details zu lesen, jetzt wohl nicht mehr.
Sven Scholz schrieb:> Hallo Gemeinde,>> Ich würde mir gerne den Stromverbrauch meiner Schaltung über die Zeit> darstellen.> Meine Schaltung nimmt Ströme von zirka 0,4uA bis 40mA auf.> Diese Werte habe ich jedenfalls mit dem Multimeter messen können.>> Zeitlich Aussagen, wann wie viel verbraucht wird kann ich nicht treffen,> da mein Multimeter doch sehr träge reagiert.>> Für sowas würde ich gerne mein Oszi hernehmen und einen Messwiderstand /> Shunt in Reihe zur kompletten Schaltung einsetzen und den> Spannungsabfall an Kanal 1 darstellen.> Wie dimensioniere ich denn diesen Widerstand?> Angenommen ich würde einen einfachen 10Ohm Widerstand mit 1% Genauigkeit> "missbrauchen", wie "weit" komme ich damit?> Wie würdet ihr da vorgehen?
Bau Dir einen VCO, die haben mit der großen Dynamik keine großen
Probleme, wenn Du Anregung dazu brauchst: AN14 von LT, Designs for High
Performance Voltage-to-Frequency Converters. Fig. 5 ist Dein Freund.
Wenn Dein VCO von 20Hz bis 20kHz arbeitet kannst Du über den
Audioeingang am PC dann mittels FFT sehen wann Dein Werkl wieviel Strom
verbraucht hat.
Wenn Du kein Freund von ausgefuchster Analogtechnik bist kannst Du auch
einen der vielen Delta-Sigma-Wandler nehmen die kontinuierlich messen,
die haben mit 15bit Auflösung für 0-300mV kein nennenswertes Problem mit
Deiner Stromaufnahme, die brauchbare Auswertung ist dann aber ein
anderes, nicht gerade triviales Thema und es Bedarf einiges an
Trickserei im auswertenden Prozessor um keine Daten zu verlieren.
Wolfgang schrieb:> Bei 0,4µA hat man dann einen Spannungsabfall von 0,4µV. Das braucht man> gar nicht erst aufzubauen, um zu sehen was dabei auf einem Oszi raus> kommt.
das zeigt der Oszi auch ohne mit dem Tastkopf angeschlossen zu sein :)
Bernd schrieb:> 10 Ohm ist übrigens ein guter Anfang
wo die Schaltung bei 40mA mit -400mV schon stehenbleiben kann, wenn dann
Bernd schrieb:> nimmt man 1 Ohm
reicht bei 40mA für gut zeigbare -40mV die oft noch keine Schaltung
stören.
Sven Scholz schrieb:> Ich würde mir gerne den Stromverbrauch meiner Schaltung über die Zeit> darstellen.> Meine Schaltung nimmt Ströme von zirka 0,4uA bis 40mA auf.> Diese Werte habe ich jedenfalls mit dem Multimeter messen können.
Falls dich bei deiner Frage die durchschnittliche Stromaufnahme
interessiert kannst du die Messung mit sehr großen Elkos oder auch
Supercaps machen. Ich habe damit sehr genaue Ergebnisse erzielt und zwei
Varianten verwendet:
1:
Ein Multimeter mit Logger (oder einer Schnittstelle zum automatischen
Auslesen der Werte) in Reihe zu einem Supercap. Parallel zum Supercap
hängt deine Schaltung. Dann muss erstmal alles eine ganze Zeit laufen,
damit die Selbstentladung des Supercap auf ein erträgliches Maß
zurückgeht. Dann zeichnet man mit dem Multimeter eine Weile auf, z.B.
1/s für etliche Minuten. (Der Messbereich des Multimeters muss manuell
auf die zu erwartende durchschnittliche Stromaufnahme eingestellt
werden.) Über die aufgezeichneten Werte kannst du sehr präzise die
durchschnittliche Stromaufnahme ermitteln.
Der Trick dabei ist, dass der Supercap die Stromspitzen soweit verteilt,
dass sie mit einem normalen Multimeter erfasst werden können. Das ist
nichts weiter als ein RC-Filter, wobei R in deinem Multimeter ist.
2.
Du lädst den Supercap (oder ein sehr großer Kondensator) auf eine
Spannung auf betreibst deine Schaltung damit. Dabei zeichnest du den
Spannungsverlauf auf. Mit I=C*dU/dt kannst du den durchschnittlichen
Strom berechnen. Die Spannung ist dann allerdings nicht mehr konstant.
Diese Methode eignet sich aber sehr gut für Batterie betriebene
Schaltungen.
Sven K. schrieb:> Messung mit sehr großen Elkos oder auch Supercaps
Wobei die meisten Supercaps seltsame Nebenwirkungen haben. Wenn es
irgendwie geht, nimmt man echte Elkos. 270 mF, 40 V z.B. sind kaum
größer als eine ordentliche Kaffeetasse und haben handliche M5 oder M6
Schraubklemmen ;)
Sven K. schrieb:> Falls dich bei deiner Frage die durchschnittliche Stromaufnahme> interessiert...
Die Frage habe ich mir auch schon gestellt. Geht es wirklich um die
Peaks, die wenig aussagekräftig wären. Oder geht es um den
Stromverbrauch in mAh?
Sven K. schrieb:> 2.> Du lädst den Supercap (oder ein sehr großer Kondensator) auf eine> Spannung auf betreibst deine Schaltung damit. Dabei zeichnest du den> Spannungsverlauf auf.
Der Kondensator kann die Testschaltung über einen z.B. MCP17xx
versorgen. Ein LDO mit sehr geringen Eigenstromverbrauch...um die 5uA.
So bekommt die Schaltung eine konstante Spannung. Der
Eigenstromverbrauch sollte bekannt sein, um ihn bei der Gesamtrechnung
zu berücksichtigen.
Bauform B. schrieb:> Wobei die meisten Supercaps seltsame Nebenwirkungen haben. Wenn es> irgendwie geht, nimmt man echte Elkos. 270 mF, 40 V z.B. sind kaum> größer als eine ordentliche Kaffeetasse und haben handliche M5 oder M6> Schraubklemmen ;)
Welchen Vorteil sollen die Elkos haben? Ich würde Supercaps nehmen.
Wenn es ganz genau sein soll kann man erst einmal eine Schaltung mit
einem definierten Konstantstrom nehmen. Dann lasen sich die
„Störquellen“ heraus rechnen, also Eigenverbrauch U-Regler bzw.
Selbstentladung Supercap.
Jörg R. schrieb:> Welchen Vorteil sollen die Elkos haben? Ich würde Supercaps nehmen.
Schau Dir mal das Ersatzschaltbilfd von Supercaps an. Hier z.B. (etwa in
der Mitte bei Elektischen Eigenschaften):
https://de.wikipedia.org/wiki/Superkondensator
Ich vermute, das ist es was Bauform mit seltsamen Nebenwirkungen meint.
Joachim B. schrieb:> Bernd schrieb:>> 10 Ohm ist übrigens ein guter Anfang>> wo die Schaltung bei 40mA mit -400mV schon stehenbleiben kann, wenn dann>> Bernd schrieb:>> nimmt man 1 Ohm>> reicht bei 40mA für gut zeigbare -40mV die oft noch keine Schaltung> stören.
Bei 0,4uV wären es dann aber nur 400nV...sportlich;-)
Wenn der TO tatsächlich den Strom im Bereich von 0,4uA bis 40mA auf dem
Oszi darstellen möchte wird dass nicht ohne entsprechenden Aufwand
gehen. Ohne Messbereichsumschaltung lässt sich das kaum darstellen.
Andreas B. schrieb:> Schau Dir mal das Ersatzschaltbilfd von Supercaps an. Hier z.B. (etwa in> der Mitte bei Elektischen Eigenschaften):> https://de.wikipedia.org/wiki/Superkondensator> Ich vermute, das ist es was Bauform mit seltsamen Nebenwirkungen meint.
Heute nicht mehr?
> die Frage ist doch wie lange dauert der 40mA Puls und wie groß sind die> lokalen Abblockkondensatoren.
In der Regel wird man ja an Schaltungen messen wie man sie auch
aufbaut/verkauft/nutzt. Das heisst man natuerlich schon den ueblichen
Berg an 100nF auf der Schaltung und irgendwo gibt es vermutlich auch
einen 10uF.
In dem Falle kommt man mit einer Bandbreite von 100khz aus. Das sehe ich
jedenfalls in der eigenen Praxis so. Die grenzen des 4080 sind eher die
maximal 70V die er vom Bezugspegel weg sein kann. Deshalb hab ich mir
jetzt noch etwas mit linearen Optokopplern gebaut. Damit kann ich dann
2kV. Aber das wird nicht jeder brauchen.
> Eventuell filtert der ja schon den Peak Strom auf einen Mittelwert von> 2-4 mA wodurch sich dann ein größerer Meßshunt (50-100 Ohm) verwenden> läßt um den Mittleren Strom zu messen.
Meiner Erfahrung nach kann man gerade keinen groesseren Shunt verwenden
wenn man Dynamik im System hat weil sonst der Spannungsabfall zu gross
ist.
> die Frage ist doch wie lange dauert der 40mA Puls und wie groß sind die> lokalen Abblockkondensatoren.
Nicht notwendig. Bei mir ist sowas eine Platine von 10mm Breite und 40mm
Laenge die in der Mitte eine Ausssparung fuer eine eingeloete AAA-Zelle
hat. Ich hab dann da noch einen Schaltregler drauf der mir 15V fuer den
MAX4080 erzeugt. Das ganze ist dann ein Tastkopf. :-) Davon hab ich
natuerlich mehrere weil man durch unterschiedliche Widerstaende die
Verstaerkung anpassen kann. Ich nutze 10mA/1V und 100mA/1V.
> die Frage ist doch wie lange dauert der 40mA Puls und wie groß sind die> lokalen Abblockkondensatoren.
Halte ich auf dem Entwicklertisch fuer weitestgehend unbrauchbar. Man
will ja gerade sehen wo genau die Energie hingeht um zu sehen wo man
optimieren kann um weitere uW rauszuquetschen. Es ist wirklich
erstaunlich was man da manchmal von der eigenen Schaltung neues lernen
kann. .-)
Olaf
