integrierende Strommessung über mehrere Dekaden

http://www.mikrocontroller.net/articles/Sleep_Mode#Ermittlung_des_Stromverbrauchs

@  Schlau-Meier (Gast)

>Wiederholung erfolgt machmal erst nach Tagen. Ich suche ein Messgerät
>dafür.

Wird schwierig. Man könnte einen UltraCap nehmen und den Spannungsabfall 
nach X Stunden messen.

Dann hängst du halt einen Kondensator von ein paar µF in die Versorgung 
hinter dem Strommessgerät. Der mittelt dir dann in Verbindung mit dem 
Innenwiderstand deines Strommessgeräts die Stromspitzen weg.
Den Leckstrom des Kondensators kannst du vorher messen und subtrahieren.

Zum Messgerät: Von 1 µA bis 10mA sind doch gerade einmal vier Dekaden, 
da gibt's doch genug Multimeter mit 4,5 oder mehr Stellen und 
PC-Schnittstelle. Muss ja nicht gleich ein Agilent 34401A sein.

@  axelr. (Gast)

>http://www.logview.info/vBulletin/content.php?31-devices

Mit so einem Logger ist das Problem nicht gelöst, denn die meiste Zeit 
hängt der uC im Sleep und zieht ein paar uA, dann wacht er auf zu zieht, 
je nach Programm, für ein paar Millisekunden einige mA. Dieser kurzen 
Peaks erfassen die Logger nicht.

@  Schlau-Meier (Gast)

>im unteren Bereich massiv an Auflösung.

Messbereichsumschaltung.

> Ich bin der Meinung, dass das
>Gerät ein integrierendes Messverfahren anwenden muß.

Der Ansatz vom Dennis ist es. GGf. noch eine große Spule in Reihe, um 
die Stromspitzen noch weiter zu glätten, dann reicht auch eine niedrige 
Samplerate.

Wie willst Du Dein Gerät denn während der Messung versorgen? Wenn Du 
Deine Batterie verwendest, dann bedenke die Burden Voltage bei der 
Strommessung. Wenn Du ein Labornetzgerät verwendest, dann nimm eines mit 
externer Sense-Leitung und häng die Sense-Leitung hinter den R zur 
Strommessung.

Ist ein normaler linearer Spannungsregler am Eingang Deiner Schaltung 
und damit Teil des DUT?

Wenn ja, dann kannst Du den nutzen um die Messung zu vereinfachen: Du 
erhöhst die Eingangsspannung an den Spannungsregler auf etwas unter 
dessen Maximum. Das wird vermutlich deutlich mehr sein als Deine normale 
Batteriespannung. Dann nimmst Du Spule und dicken Kondensator wie von 
Falk und Dennis vorgeschlagen. Weil der Spannungsregler jetzt wesentlich 
mehr Drop hat, kann er auch im Einschaltmoment noch gut ausregeln. Der 
Strom ändert sich nicht, nur halt die verheizte Leistung im Regler.

Dimensionierung von Spannung, Spule und Kondensator vielleicht durch ne 
Messung mit dem Oszi an die genauen Gegebenheiten anpassen.

Was Multimeter angeht:
Nen Keithley 2000 macht über GPIB 2000 Messungen pro Sek bei 4,5 
Stellen. Nen Agilent 34411A kann 50.000.

Wenn Du wirklich mit käuflichem Gerät noch schneller kontinuierlich 
messen willst wird es richtig teuer. Ich glaube aber nicht daß das 
hierfür nötig ist.

@  Schlau-Meier (Gast)

>Hi Falk, nochmal, die Aktivzeiten sind kurz (50MHZ; 1000 clock cycles
>entspricht 20µs)

Umso besser, ist leicht zu puffern.

> da braucht man keinen Messbereich umschalten.

Wenn die Kondensatoren das puffern können, ja.

> Stell Dir
>ein µC-Gerät vor, batteriebetrieben. Jetzt steigt der Strom für kurze
>Zeit schnell an, dann fällt über der Spule eine Spannung ab: U = L
>dI/dt. Und hier ist dI/dt wirklich groß, da schnell mal von nix auf dann
>eine LED zugeschalten wird. Die Spannung bricht zusammen und der µC
>kackt ab. Das geht nicht. Sorry.

[ ] Du hast LC Filter in der Spannungsversorgung verstanden.

Deine Wirkungskette passt nicht. Ein LC-Filter funktioniert sehr wohl 
und meistens auch sehr gut, wenn er nicht zuviel Güte hat.

Schlau-Meier schrieb:

> Nein, das beantwortet meine Frage nicht. Das ist alles nicht periodisch
> sondern hängt von vielen Einflüssen ab. Berechnen geht nicht, ich muß
> messen.

Kein Zweifel. Aber wenn das Verhältnis von Wachzeit zu Schlafzeit nicht 
wenigstens im Mittel konstant ist, dann ist ein Meßergebnis genauso 
falsch wie es ein Rechenergebnis ist.

> Ein Grund dafür ist auch die Nachweisführung. Beim Rechnen
> werden mir u.U. falsche Annahemn unterstellt.

Genauso wie beim Messen auch. "Wie können Sie garantieren, daß die 
Aktivitätsverteilung in Ihrem Meßintervall mit der Aktivitätsverteilung 
in der späteren Anwendung übereinstimmt?"

> Ich suche ein Messgerät dafür.

Im Prinzip ist das die Problemstellung "Fuel Gauge". Nur können 
existierende Lösungen wohl weder die zeitliche Auflösung noch den 
Dynamikumfang.

Wobei man natürlich streiten kann, ob man den Schlafstromverbrauch 
überhaupt separat erfassen muß. Wenn der Wachstrom um Faktor 100 oder 
mehr größer ist, kann man getrost annehmen, daß der Schlafstrom zu 100% 
der Zeit fließt.

Wenn der Wachstrom dann auch noch konstant ist, dann würde es reichen, 
deinen Controller die Länge der Wachphasen protokollieren zu lassen.

Prinzipiell würde sich ein analoger Integrator eignen. Einfach den 
Stromverbrauch deiner Schaltung in eine Spannung umwandeln und in einen 
Integrator (OPV, Widerstand, Kondensator) füttern. Die Ausgangsspannung 
des Integrators kann dann ein ADC messen und regelmäßig den Kondensator 
entladen. Mußt du halt sehen, daß du mit Langzeitstabilität (Leckströme) 
und Offsetfehler zu Rande kommst.

Evtl. auch im Tandem mit deinem Controller: wenn der Controller schlafen 
geht, legt er den Integrator tot (Kondensator kurzgeschlossen) - so 
können sich Offsetfehler während der Schlafphase nicht aufsummieren. 
Nach dem Aufwachen wird zuerst der Integrator wieder freigegeben und 
summiert i*dt über die Wachphase. Direkt vor dem Schlafen gehen wird die 
Messung des Integrals ausgelöst und anschließend der Integrator wieder 
geleert.


XL

Wenn du das halbwegs genau erfassen willst dann brauchst du doch nur 
einen ADC mit ~500ksps. Für die meisten aktuellen Mikrocontroller ist 
das ein Klacks. Z.B. schafft der Controller auf dem STM32F4discovery 
Board über 2 MSPS. Also misst du immer schön deinen Strom und addierst 
die Werte zusammen. Das ist doch einer Stunde programmiert.

Malignes Melanom schrieb:
> Wenn du das halbwegs genau erfassen willst dann brauchst du doch nur
> einen ADC mit ~500ksps. Für die meisten aktuellen Mikrocontroller ist
> das ein Klacks.

Mit einem 12-Bit-Wandler schafft er eine Auflösung von 5µA, bei einem 
Maximalstrom von 20mA. Das ist nicht allzu genau aufgelöst, geht aber 
noch.

Mit Oversampling und Dithering könnte man auch noch mehr rausholen. Um 
auf den STM32 zurückzukommen, der schafft 7,2MSPS mit allen 3 Wandlern 
im Interleave-Modus.

@  Malignes Melanom (mos6502) Flattr this

>Mit Oversampling und Dithering könnte man auch noch mehr rausholen. Um
>auf den STM32 zurückzukommen, der schafft 7,2MSPS mit allen 3 Wandlern
>im Interleave-Modus.

Dicke Geschütze auffahren war noch nie sonderlich clever und langfristig 
erfolgreich. Nachdenken ist angesagt.

Ulrich schrieb:
> Mit einem Superkondensator im Bereich von ein paar F reicht dann auch
> nur 1 Messung je Sekunde bzw. ein normales DMM.

Da werden dir Leckstrom und Dielektrische Effekte einen Strich durch die 
Rechnung machen.