Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Suche das richtige Messgerät


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Lisa M. (dielisa1980)


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Hallo zusammen,

habe vielleicht eine banale frage. ich habe eine low power anwendung 
programmiert.

Nun suche ich ein Messgerät mit dem ich den Stromverbrauch aufzeichnen 
und analysieren kann. (Um zb. die größe der benötigten Batterie zu 
überprüfen).

Also einmal den aktuellen Stromverbrauch und dann noch über die Zeit 
aufsummiert. Das ganze würde ich gerne 1-2 Wochen laufen lassen.

Jedenfalls suche ich jetzt ein Messgerät was dafür geeignet ist. Der 
Strom im deep-sleep beträgt 1µA.

könnt ihr mir Tipps geben?

lg
Lisa

: Verschoben durch Moderator
von Sebastian R. (sebastian_r569)


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Den akuten Stromverbrauch kann man sehr gut mit einem Oszilloskop und 
einem Shunt-Widerstand messen. Die meisten modernen 
Digitalspeicheroszilloskope können auch gleich Integrieren und im 
Prinzip gleich Amperesekunden messen/anzeigen.

Für den Langzeittest würde sich vielleicht ein Multimeter mit 
Datenlogger eignen. Wenn man am Ende irgendwie eine CSV-Datei 
herausbekommt, kann man die Durch Excel jagen und da dann integrieren 
lassen.

Ansonsten könnte man einem anderen Mikrocontroller beibringen, den Strom 
über einen Shunt zu messen (ggf. mit analogem Frontend, also 
Verstärkern) und ab und zu mal mit Timestamp auf eine SD-Karte zu 
schreiben. Das wäre nicht wirklich teuer und eigentlich auch recht 
schnell umzusetzen.

von DanielF (Gast)


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Hi,

ich werfe mal das µCurrent GOLD in den Raum.
Dadurch würde der kleine Strom auf eine Spannung abgebildet und der 
Shunt ist nicht so groß.

Langzeitaufzeichnung muss man dann natürlich immer noch machen.

Gruß
Daniel

von Orikson (Gast)


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Hört sich nach nem Mikrocontroller an, also evtl geht ja so etwas 
(Funktioniert nicht nur mit STMs): 
https://www.st.com/en/evaluation-tools/x-nucleo-lpm01a.html

von Olaf (Gast)


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> Jedenfalls suche ich jetzt ein Messgerät was dafür geeignet ist. Der
> Strom im deep-sleep beträgt 1µA.

> könnt ihr mir Tipps geben?

Diese Diskussion hatten wir doch hier erst vor kurzem :-)

Es gibt ein Gerät von Agilent das wohl so bei 14-20kEuro ohne Tastkoepfe 
lag.

Es gibt ausserdem gerade ein Geraet bei Kickstarter das so bei 
500-1kEuro lag.


Wenn man noch aermer ist dann ist Selbstbau angesagt.
Das Problem dieser Selbstbauloesungen ist das sie nicht potentialfrei 
sind. Das ist fuer viele ernste Anwendungen leider absolutes Nogo.

Man kann sich mit dem MAX4080 etwas basteln das immerhin 40-50V 
rumschweben kann wenn man es aus einer Batterie versorgt. Hat dann 
250khz Bandbreite.

Alles was darueber hinausgeht ist mit Aufwand verbunden. Ich arbeite 
gerade an sowas. .-)
Die ueblichen "ich klemme Tastkopf an einen Widerstand" Loesungen sind 
wegen der heute notwendigen Dynamik unbrauchbar. Ist der Widerstand zu 
gross so bricht die Spannung zusammen, ist er zu klein gibt es nur noch 
Rauschen.

Olaf

von Gerd E. (robberknight)


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Lisa M. schrieb:
> Nun suche ich ein Messgerät mit dem ich den Stromverbrauch aufzeichnen
> und analysieren kann. (Um zb. die größe der benötigten Batterie zu
> überprüfen).
>
> Also einmal den aktuellen Stromverbrauch und dann noch über die Zeit
> aufsummiert. Das ganze würde ich gerne 1-2 Wochen laufen lassen.

Die Aufgabe ist gar nicht so einfach wie es auf den ersten Blick 
scheint:

Dein Controller wird vermutlich die meiste Zeit tief schlafen um dann 
manchmal kurz aufzuwachen und sich kurz später wieder schlafen zu legen.

Um den Strom im Tiefschlaf-Modus zu messen brauchst Du den einen 
Messbereich, kombiniert mit passendem Shunt.

Für den Strom im aktiven Betrieb brauchst Du einen anderen Messbereich. 
Damit die Burden-Voltage nicht zu hoch ist mit einem anderen Shunt.

Da das Umschalten zwischen den Modi sehr schnell geht und im aktiven 
Betrieb auch meist nur kurz verweilt wird, kommt es bei einem langsamen 
Umschalten des Messgeräts zwischen den Messbereichen zu deutlichen 
Messfehlern.

Es gibt Messgeräte die sowas versuchen, z.B. sowas hier:
https://www.kickstarter.com/projects/jetperch/joulescope-precision-dc-energy-analyzer
Ich weiß aber nicht wie gut das funktioniert.

Eine andere Variante wäre den Strom im Tiefschlaf und den im aktiven 
Betrieb jeweils relativ genau zu vermessen. Für den Tiefschlaf sowas wie 
z.B. den schon angesprochenen µCurrent verwenden. Für den aktiven 
Betrieb geht der auch, aber nur wenn der Stromverbrauch relativ 
gleichförmig ist. Wenn da starke Impulse drin sind wie sie z.B. bei 
Funkmodulen üblich sind, dann geht das mit dem Oszi besser.

Danach dann z.B. auf dem Mikrocontroller selbst oder irgendwo anders 
protokollieren wie lange der Tiefschlaf und wie lange der aktive Betrieb 
jeweils waren. Daraus dann den Stromverbrauch berechnen.

von Gerd E. (robberknight)


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Olaf schrieb:
> Es gibt ausserdem gerade ein Geraet bei Kickstarter das so bei
> 500-1kEuro lag.

siehe mein anderer Post.

> Man kann sich mit dem MAX4080 etwas basteln das immerhin 40-50V
> rumschweben kann wenn man es aus einer Batterie versorgt. Hat dann
> 250khz Bandbreite.

Hier noch eine andere Selbstbau-Variante für die Strommessung:
https://web.archive.org/web/20170819060420im_/https://www.dorkbotpdx.org/blog/paul/measuring_microamps_milliamps_at_3_mhz_bandwidth
Die kommt dank AD8428 auf etwa 3 MHz.

von Teo D. (teoderix)


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Lisa M. schrieb:
> Jedenfalls suche ich jetzt ein Messgerät was dafür geeignet ist. Der
> Strom im deep-sleep beträgt 1µA.

Sebastian R. schrieb:
> Für den Langzeittest würde sich vielleicht ein Multimeter mit
> Datenlogger eignen.

Rechne mal mit 1k Bürdenwiderstand, mit einer Auflösung von 0,01µA, bei 
4 1/2 Stellen und max. 2mA. Wenn dir das ausreicht, sollte es so gut wie 
jedes 4 1/2 Stelliges mit Datenlogger tun.
Gemittelt auf ~2Wochen, sollte das sicher ausreichend genau werden.

von Andreas M. (elektronenbremser)


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Lisa M. schrieb:
> den Stromverbrauch

Der Strom wird doch nicht verbraucht, der fließt doch immer im 
Strom"kreis", da geht doch nichts verloren.
In einem technischen Forum und vor allem in diesem  Beitrag sollte das 
möglich sein das richtig zu benennen. Die nächste Stufe wäre, dass Strom 
anliegt oder so.

von (prx) A. K. (prx)


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Soll nur der Deep Sleep Strom gemessen werden, oder letztlich der 
mittlere Stromverbrauch bei gelegentlichem Aufwachen?

Letzteres wird interessant, denn wenn über dem Widerstand, an dem die 
die Spannung gemessen wird, bei 1µA nur 1mV abfallen, dann sind es bei 
10mA schon 10V. So gehts also nicht.

Die verschiedenen Betriebsphasen müssen folglich getrennt gemessen 
werden, mit Strom und jeweiliger Dauer. Und das wird dann 
zusammengerechnet.

: Bearbeitet durch User
von XY (Gast)


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Das Thema wurde hier im Forum schon öfter behandelt. Es gab mal einen 
Kommentar in dem ein Verfahren mit einem Gold- bzw. Supercup beschrieben 
wurde. Bei diesem Verfahren gab es relativ genaue Messergebnisse. Der C 
wurde auf einen definierten Wert geladen, z.B. 3V3. Am Ende der Messung 
konnte anhand der Restspannung der Verbrauch berechnet werden. Dabei 
spielte es dann auch keine Rolle wie der Stromverlauf aussieht. Leider 
weiß ich nicht mehr in welchem Thread(s) das war. Vorteil ist das es 
relativ genau ist und keine teure Messtechnik notwendig ist.

Der uCurrent eignet sich nur eingeschränkt weil der Messbereich 
vermutlich umgeschaltet werden muss, vom uA-Bereich (Shunt 10R) in den 
mA-Bereich. Zudem muss ein geeignetes Messgerät am Ausgang angeschlossen 
sein.

@TO
Wieviel Strom fließt denn Maximal, für wie lange und wie oft?

von Lisa M. (dielisa1980)


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Danke für die vielen antworten. Also selber bauen möchte ich eigentlich 
nicht, ich würde gern ein entsprechendes gerät kaufen.

Im aktiven zustand fließen ca. 180mA für 20 sekunden.

von Lisa M. (dielisa1980)


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das mit dem supercap finde ich übrigens extrem interessant.
evtl könnte ich die spannung auch mit dem oszi mit loggen, oder 
multimeter.

habe schonmal gesucht aber leider den thread auch nicht gefunden.

von Teo D. (teoderix)


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Lisa M. schrieb:
> habe schonmal gesucht aber leider den thread auch nicht gefunden.

Hier gets ums selbe Thema. Anforderungen? Aber auf alle fälle 
interessant.
Beitrag "Mittleren Stromverbrauch messen"

von Sebastian R. (sebastian_r569)


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Lisa M. schrieb:
> evtl könnte ich die spannung auch mit dem oszi mit loggen, oder
> multimeter.

Schwierig. 3.3V und 10Mohm Eingangswiderstand vom Messgerät ergeben 
330nA, das ist ein Drittel dessen, was du messen möchtest.

von wendelsberg (Gast)


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Lisa M. schrieb:
> Im aktiven zustand fließen ca. 180mA für 20 sekunden.

Oha, 1 uA bis 180000 uA mit entsprechender Aufloesung ist schon 
sportlich.
Kannst Du ein Signal fuer den aktiven Zustand abgreifen?

wendelsberg

von Wolle G. (wolleg)


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Lisa M. schrieb:
> Im aktiven zustand fließen ca. 180mA für 20 sekunden.

Da sollte es doch reichen, diesen "hohen" Stromverbrauch zu erfassen.
Der Rest verriecht sich (µA, nA) oder kann abgeschätzt werden.

von Teo D. (teoderix)


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wolle g. schrieb:
> Der Rest verriecht sich (µA, nA) oder kann abgeschätzt werden.

Oder gleich in die Tonne klopfen.
Egal (fast) welcher Energiespeicher, die Selbstentladung dürfte deutlich 
höher sein.

PS: Im Bezug auf die Kapazität, nahezu lächerlich!

: Bearbeitet durch User
von Olaf (Gast)


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> Da sollte es doch reichen, diesen "hohen" Stromverbrauch zu erfassen.
> Der Rest verriecht sich (µA, nA) oder kann abgeschätzt werden.

Gerade das geht bei den ganzen Stromsparsachen ja nicht. Du hast da 
Schaltungen die auf uA getrimmt sind und die >100mA nur fuer 
Millisekunden oder gar Microsekunden einschalten. Deshalb braucht man ja 
auch noch eine gewisse Bandbreite. Nimm als Beispiel mal eine BLE 
Verbindung wo der Controller die meiste Zeit schlaeft, irgendwann mal 
einen Sensor ausliesst und dann sehr kurz mit sehr viel Leistung sendet. 
Und da kann es sehr interessant sein zu sehen welchen Einfluss etwas 
mehr Datenuebertragung hat, oder etwas mehr Berechnung der Sensordaten.

Die oben angefuehrten 3Mhz halte ich allerdings fuer etwas uebertrieben 
weil die zu messenden Schaltungen meist eh noch Kondensatoren zur 
ueblichen Glaettung haben. In der Regel wird man mit 10-100khz 
auskommen. Wuenschenswert ist oftmals sogar ein zuschaltbarer Tiefpass 
als Integrator. Ausserdem musste ich mir schon den Ar... wund entwickeln 
um 130khz linear und ohne zuviel Verzerrung ueber einen Optokoppler zu 
bekommen. Und der VCF mit LM13700 geht auch schon. :)

Olaf

von (prx) A. K. (prx)


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Lisa M. schrieb:
> das mit dem supercap finde ich übrigens extrem interessant.

Wirst aber einen brauchen, der 180mA wegsteckt. Die im Bastelhandel 
üblichen Goldcaps machen das nicht mit.

von Eddy C. (chrisi)


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Jetzt mal Butter bei die Fische:

Man kann sich ja zwei 16-Bit-Wandler vorstellen. Der eine misst die 
Spannung am Shunt mit niedriger Verstärkung (unempfindlicher 
Messbereich), der andere mit einer z.B. 128-fach grösseren Verstärkung 
(empfindlicher Messbereich). Jetzt noch dafür sorgen, dass man mit den 
Offsetspannungen nicht auf die schiefe Bahn gerät (Zero-Offset-OpAmp), 
beide Wandler gleichzeitig abtasten lassen, Messwert intelligent 
auswählen und bingo.

von S. Landolt (Gast)


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> Der Rest ... kann abgeschätzt werden.
> Oder gleich in die Tonne klopfen.

Das sehe ich ähnlich. 180 mA fuer 20 s sind 3.6 As. 3.6 As / 1 us ergibt 
knapp 42 Tage, mal als Verhältnis betrachtet, und das vor dem 
Hintergrund:

> Das ganze würde ich gerne 1-2 Wochen laufen lassen.

von S. Landolt (Gast)


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muss heißen: 3.6 As / 1 uA

von Jörg R. (solar77)


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A. K. schrieb:
> Lisa M. schrieb:
>> das mit dem supercap finde ich übrigens extrem interessant.
>
> Wirst aber einen brauchen, der 180mA wegsteckt. Die im Bastelhandel
> üblichen Goldcaps machen das nicht mit.

Man Unterscheidet auch Goldcap bzw. Supercap. Die Anwendungsgebiete sind 
unterschiedlich.

Hier mal ein Beispiel für einen Supercap, 180mA entlocken ihm nur ein 
müdes Lächeln;-)

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B300/VEC6R0505QG.pdf

https://www.reichelt.de/superkondensator-5-0-f-6-v-10-5-x-21-x-31-mm-hy-cap-5-0f-6v-p195676.html?&trstct=pol_17

Der große Bruder schafft noch ein wenig mehr...

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B300/VEC3R0507QG.pdf

Ist zwar etwas OT, aber zu dem Thema gibt es einige interessante Videos 
auf Youtube.

2 Fakten die man beachten muss sind die kleine Spannung die die Teile 
vertragen und der Leckstrom. Bei dem oben kleineren verlinkten sind es 
30uA.

von S. Landolt (Gast)


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Offenbar ist nur der Verbrauch in den aktiven Phasen relevant; sind 
Strom und Zeitintervall konstant, reduziert sich die Messung auf ein 
Zählen. Ist nur der Strom konstant, braucht man eine Art akkumulierende 
Stoppuhr. Beides ließe sich schnell&einfach selbst bauen. Nur wenn auch 
der Strom schwankt, würde ich vielleicht nach etwas Fertigem suchen.

von Lisa M. (dielisa1980)


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S. Landolt schrieb:
>> Der Rest ... kann abgeschätzt werden.
>> Oder gleich in die Tonne klopfen.
>
> Das sehe ich ähnlich. 180 mA fuer 20 s sind 3.6 As. 3.6 As / 1 us ergibt
> knapp 42 Tage, mal als Verhältnis betrachtet, und das vor dem
> Hintergrund:
>
>> Das ganze würde ich gerne 1-2 Wochen laufen lassen.

danke für deinen hinweis. aber ehrlich gesagt weiß ich nicht was du mir 
damit sagen möchtest.

angenommen im späteren Einsatz wird der Controller alle 80 Stunden für 
20 Sekunden aktiv und sendet Daten.

Um die schaltung jetzt zu verifizieren würde ich es allerdings anders 
timen, zb. 5 Minuten Idle, 20 Sekunden Aktiv.

Das ganze dann später hochrechnen für längere Idle zeiten.

von Teo D. (teoderix)


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Lisa M. schrieb:
> Um die schaltung jetzt zu verifizieren würde ich es allerdings anders
> timen, zb. 5 Minuten Idle, 20 Sekunden Aktiv.

Musst/willst du nun den verschwindend geringen "Idle" Stromverbrauch 
(;P), mit messen oder doch nur prüfen und mit einrechne/vergessen?

Über die 5min würde ich auch noch mal nachdenken. Dann würde es ein 
vernünftiges DSO tun.

von GEKU (Gast)


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Vielleicht könnte man die Spannung am Shunt-Widerstand über einen 
Integrierverstärker über die Zeit aufsummieren.
Störspannungen, wie Rauschen und Netzbrumm würden durch die analoge 
Integration herausgemittelt werden.
Der Aufbau mit einem Operationsverstärker wäre sehr einfach und besitzt 
einen hohen Dynamikbereich. Man braucht nur am Ende der Messzeit die 
Spannung am OV Ausgang messen. Die Spannung ist proportional zur 
Ladungsmenge. (Strom x Zeit)
Man bräuchte nur eine Referenzmessung mit einen bekannten Strom über 
eine bekannte Zeit durchzuführen um die Messanordung zu kalibrieren.

Hilfe für Dimensionierung siehe z.B.:

https://www.electronics-tutorials.ws/de/operationsverstarker/integrierverstaerker.html

mfg GEKU

von Gerd E. (robberknight)


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Eddy C. schrieb:
> Man kann sich ja zwei 16-Bit-Wandler vorstellen. Der eine misst die
> Spannung am Shunt mit niedriger Verstärkung (unempfindlicher
> Messbereich), der andere mit einer z.B. 128-fach grösseren Verstärkung
> (empfindlicher Messbereich). Jetzt noch dafür sorgen, dass man mit den
> Offsetspannungen nicht auf die schiefe Bahn gerät (Zero-Offset-OpAmp),
> beide Wandler gleichzeitig abtasten lassen, Messwert intelligent
> auswählen und bingo.

Leider ist das mit dem Bingo nicht so einfach:

Wie A.K. vorher schön gezeigt hat, brauchst Du in der Praxis 2 
verschiedene Shunts für die Messbereiche.

Außerdem gerät der Verstärker für den empfindlichen Messbereich komplett 
in die Sättigung während der Controller voll aktiv ist. Er braucht etwas 
Zeit bevor er da wieder rauskommt und dem Wandler dahinter korrekte 
Pegel liefert.

Der hohe Crestfaktor macht das ein kniffliges Problem.

von Jörg R. (solar77)


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Lisa M. schrieb:
> angenommen im späteren Einsatz wird der Controller alle 80 Stunden für
> 20 Sekunden aktiv und sendet Daten.

Lisa M. schrieb:
> Der Strom im deep-sleep beträgt 1µA.

Auf ein Jahr berechnet sind das ca. 9 mAh. Die 1uA für die aktive Phase 
herauszurechnen lohnt sich nicht, das ist vernachlässigbar.

Lisa M. schrieb:
> Im aktiven zustand fließen ca. 180mA für 20 sekunden.

Im Grunde kannst Du es berechnen, ohne zu messen. Legt man die Werte mit 
deinen Angaben zu Grunde wird ein Kapazitätsbedarf von ca. 120mAh für 
ein Jahr Laufzeit benötigt. Voraussetzung ist das die 180mA für die 
aktive Phase nahezu konstant ist, oder aber im Mittel auf den Wert 
kommt.

180mA alle 80 Stunden für jeweils 20 Sekunden ergibt in Summe eine 
effektive Laufzeit von ca. 36,5 Min. im Jahr.

      =  8.760 = Stunden pro Jahr
      ÷  80    = Stunden zwischen 2 aktiven Phasen
      =  109,5 = aktive Phasen pro Jahr
      ×  20 (Sekunden Einschaltzeit)
      =  2.190 = Sekunden insgesamt pro Jahr)
      ÷  60
      =  36,5  = Gesamtlaufzeit aktive Phasen in Minuten pro Jahr

Andere Werte mit geänderten Zeiten lassen sich leicht berechnen.


Lisa M. schrieb:
> Also selber bauen möchte ich eigentlich
> nicht, ich würde gern ein entsprechendes gerät kaufen.


Wenn Du wirklich messen möchtest würde ich mich auf die aktive Phasen 
beschränken, vorausgesetzt die 1uA für den Sleepmodus sind ein 
verläßlicher Wert.
Wie soll die Stromversorgung denn aussehen und was darf das 
Messequipment kosten?

: Bearbeitet durch User
von Olaf (Gast)


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> Im Grunde kannst Du es berechnen, ohne zu messen. Legt man die Werte mit
> deinen Angaben zu Grunde wird ein Kapazitätsbedarf von ca. 120mAh für
> ein Jahr Laufzeit benötigt.

Das kann man eigentlich nicht. Du gehst davon aus das annahmen die man 
vor der Entwicklung getroffen hat auch vom Geraet erfuellt werden. Aber 
der Sinn einer Messung besteht ja gerade zu pruefen ob sich ein Geraet 
so verhaelt wie man es erwartet. Man kann da manchmal interessante 
Ueberaschungen erleben. Sonst koennte ich dich ja auch fragen wozu du 
ein Multimeter hast, du weisst ja auch schon vorher was du messen wirst 
oder? .-)

Olaf

von Clemens L. (c_l)


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Jörg P. R. schrieb:
> Der C wurde auf einen definierten Wert geladen, z.B. 3V3. Am Ende der
> Messung konnte anhand der Restspannung der Verbrauch berechnet werden.

Ist aber ein bisschen hakelig: wenn man zu wenig Energie verbraucht, 
benötigt man eine sehr genaue Spannungsmessung für die Differenz, und 
wenn man zu viel verbraucht, sinkt die Spannung zu sehr für die 
eigentliche Schaltung.

Aber man kann den C durch eine besser messbare Stromquelle ersetzen, wie 
es TI für MSP43x-CPUs macht:
> In debuggers that support EnergyTrace™ technology, a software-controlled
> DC-DC converter generates the target power supply. The time density of
> the DC-DC converter charge pulses equals the energy consumption of the
> target microcontroller. A built-in calibration circuit in the debug tool
> defines the energy equivalent for a single charge pulse. Since the width
> of each charge pulse remains constant, the debugger can just count every
> charge pulse and then sum them over time to calculate an average current
> – which leads to very accurate measurements. Using this approach, even
> the shortest device activity that consumes energy contributes to the
> overall recorded energy.
http://www.ti.com/tool/ENERGYTRACE

Privat und nichtgewerblich darf man sich so etwas auch selber basteln, 
ansonstent funken da Patente wie US20150069857A1 dazwischen. Anscheinend 
hat TI kein Interesse, ein allgemeingültiges Gerät zu bauen, aber man 
könnte einfach den MSP abschalten und die eigene Schaltung an die 
LaunchPad-Stromversorgung anschließen ...

von Jörg R. (solar77)


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Olaf schrieb:
> Das kann man eigentlich nicht.

Doch, kann man;-)

Olaf schrieb:
> Sonst koennte ich dich ja auch fragen wozu du
> ein Multimeter hast, du weisst ja auch schon vorher was du messen wirst
> oder? .-)

Nein, ich weiß nicht was ich vorher messen werde, deshalb messe ich ja. 
Und das hat der TO wohl auch gemacht. Jedenfalls gehe ich davon aus dass 
die angegeben Werte nicht geschätzt sind. Sind sie dass nicht und sind 
sie statisch kann man serwohl eine Berechnung anstellen. Problematisch 
wird es dann wenn der Strom in der aktiven Phase schwankt.

PS: Wenn du zitierst sollte man erkennen wen du zitierst;-)


Clemens L. schrieb:
> Ist aber ein bisschen hakelig: wenn man zu wenig Energie verbraucht,
> benötigt man eine sehr genaue Spannungsmessung für die Differenz, und
> wenn man zu viel verbraucht, sinkt die Spannung zu sehr für die
> eigentliche Schaltung.

Man könnte einen LDO mit geringem Eigenstromverbrauch hinter dem C 
anschließen und damit die Schaltung versorgen. Der Eigenstromverbrauch 
des Reglers müsste dann herausgerechnet werden. Bei 180mA für die aktive 
Phase wäre er allerdings vernachlässigbar. Ein z.B. MCP17xx „verbraucht“ 
um die 5uA.

: Bearbeitet durch User
von MiWi (Gast)


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Olaf schrieb:
>> Jedenfalls suche ich jetzt ein Messgerät was dafür geeignet ist.


> Die ueblichen "ich klemme Tastkopf an einen Widerstand" Loesungen sind
> wegen der heute notwendigen Dynamik unbrauchbar. Ist der Widerstand zu
> gross so bricht die Spannung zusammen, ist er zu klein gibt es nur noch
> Rauschen.

Nun... das läßt sich analog schon recht kommod in auch mit einem Ozsi 
messbare Sphären heben, indem man die Spannung hinter dem Shunt 
konstant hält.

Braucht halt eine gute und schnelle Regelung, die mit zB. 50V 
Eingangsspannung zurechtkommt. Da es aber nur uA sind, die da fließen 
ist das kein sooooo großes thermisches Problem - und die Cs, die vor der 
Schaltung sind klären das mit den Spikes, die immer noch auftreten 
können.

Mit Delta-Sigma_Modulatoren_ (zB. ACM1204), die nur den Datenstrom und 
nicht das fertige Ergebniss liefern sind somit ziemlich genaue 
Summenstrommessungen möglich, da "nur" die die 0 und 1 in Relation zum 
Takt gezählt werden müssen.

Bei einer geschickten "Staffelung" der DUT-Versorgungsspannungen (zb. 
3,2V;3,3V;3,4V.. für jeden Messbereich eine andere) lassen sich dir 
Ströme Ströme recht gut splitten ohne das Messwerte verloren gehen: der 
Stromsensor für den geringsen Betriebsstrom läuft auf der höchsten 
Spannung (3,4V) kann aber nur 100uA liefern, dann geht die Spannung in 
die Knie. 100mV darunter (3,3V) kommt der Regler von 100uA - 10mA ins 
Spiel... wenn die beiden nicht mehr können aktiviert sich der 
3,2V-Regler, der den Rest bis was weiß ich wo macht.

BTDT von 800nA - 60mA mit einer ähnlichen Anwendung.

von Random .. (thorstendb) Benutzerseite


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> Jedenfalls suche ich jetzt ein Messgerät was dafür geeignet ist. Der
> Strom im deep-sleep beträgt 1µA.

Wenn es ein ARM Cortex-M projekt ist (Die Strommessung funktioniert auch 
ohne Debug Connection):
http://www.keil.com/support/man/docs/ulinkplus/ulinkplus_anlyzing_power.htm
http://www.keil.com/support/man/docs/ulinkplus/ulinkplus_hw_power_measurement.htm

In der GUI lassen sich verschiedene Filterfrequenzen einstellen, um aus 
dem Power-Datenstrom zum einen Spikes und Überschwinger, zum Anderen im 
Rauschen "versteckte" Signalanteile sichtbar machen zu können.

: Bearbeitet durch User
von (prx) A. K. (prx)


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Jörg R. schrieb:
> Ein z.B. MCP17xx „verbraucht“ um die 5uA.

Das hat allerdings seinen Preis. Ein MCP1700 bricht bei schlagartigem 
Lastwechsel dieser Grössenordnung kurzzeitig um 0,5V ein.

von Jörg R. (solar77)


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A. K. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Ein z.B. MCP17xx „verbraucht“ um die 5uA.
>
> Das hat allerdings seinen Preis. Ein MCP1700 bricht bei schlagartigem
> Lastwechsel dieser Grössenordnung kurzzeitig um 0,5V ein.

Das ist richtig, aber die Zeit bewegt sich im Bereich weniger us. Wenn 
die Last danach konstant bleibt spielt es daher keine Rolle. Ob es bei 
einer sehr dynamischen Last relevant ist stelle ich mal in Frage. Der 
MCP..ist auch nur ein Beispiel. Es gibt auch noch andere Regler bzw. 
Maßnahmen die ergriffen werfen könnten.

: Bearbeitet durch User
von Wopper (Gast)


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Lisa M. schrieb:
> Danke für die vielen antworten. Also selber bauen möchte ich eigentlich
> nicht, ich würde gern ein entsprechendes gerät kaufen.
>
> Im aktiven zustand fließen ca. 180mA für 20 sekunden.

Dann konzentriere dich auf einen Logger (Multimeter, Oszi) der die 180 
mA zeitlich genau erfassen kann. Den Deep-sleep Verbrauch rechnest du 
über die Deep-sleep Zeit (= Messzeitraum - aktive Zeit) und Strom hoch. 
Den Deep-sleep Strom (1 uA) hast du ja anscheinend schon gemessen, und 
falls nicht kontrollierst du mit einem höheren Shuntwiderstand nach. 
Wenn sich im Sleep-Mode die äußeren Randbedingung (z.B. Ströme durch 
Pullups) nicht allzusehr ändern, gibt es keinen Grund daß der 
Sleep-Strom nicht konstant bleibt, und es wäre Unsinn, diesen Strom die 
ganze Zeit mitzumessen.

von Gerd E. (robberknight)


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MiWi schrieb:
> Bei einer geschickten "Staffelung" der DUT-Versorgungsspannungen (zb.
> 3,2V;3,3V;3,4V.. für jeden Messbereich eine andere) lassen sich dir
> Ströme Ströme recht gut splitten ohne das Messwerte verloren gehen: der
> Stromsensor für den geringsen Betriebsstrom läuft auf der höchsten
> Spannung (3,4V) kann aber nur 100uA liefern, dann geht die Spannung in
> die Knie. 100mV darunter (3,3V) kommt der Regler von 100uA - 10mA ins
> Spiel... wenn die beiden nicht mehr können aktiviert sich der
> 3,2V-Regler, der den Rest bis was weiß ich wo macht.

Interessante Idee.

Wie hast Du die Regler für die geringeren Ströme begrenzt? Ist z.B. der 
Shunt hinter Deinem 3,4V / 100µA Regler so ausgewählt, daß bei 100µA der 
Spannungsabfall am Shunt größer 100mV wird, also 100K als Shunt? Oder 
begrenzt Du das irgendwie anders, z.B. im Regler selbst?

von MiWi (Gast)


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A. K. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Ein z.B. MCP17xx „verbraucht“ um die 5uA.
>
> Das hat allerdings seinen Preis. Ein MCP1700 bricht bei schlagartigem
> Lastwechsel dieser Grössenordnung kurzzeitig um 0,5V ein.

und wenn es blöd hergeht "latcht" er und bleibt dann bei 3mA Eigenbedarf 
hängen. Irgendwo hier hab ich das schon einmal ge- und beschrieben, 
keine Ahnung ob Microchip das inzwischen gefixt hat....

von S. Landolt (Gast)


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Gilt das nur für den MCP1700 oder auch für den 1702?

von MiWi (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> MiWi schrieb:
>> Bei einer geschickten "Staffelung" der DUT-Versorgungsspannungen (zb.
>> 3,2V;3,3V;3,4V.. für jeden Messbereich eine andere) lassen sich dir
>> Ströme Ströme recht gut splitten ohne das Messwerte verloren gehen: der
>> Stromsensor für den geringsen Betriebsstrom läuft auf der höchsten
>> Spannung (3,4V) kann aber nur 100uA liefern, dann geht die Spannung in
>> die Knie. 100mV darunter (3,3V) kommt der Regler von 100uA - 10mA ins
>> Spiel... wenn die beiden nicht mehr können aktiviert sich der
>> 3,2V-Regler, der den Rest bis was weiß ich wo macht.
>
> Interessante Idee.
>
> Wie hast Du die Regler für die geringeren Ströme begrenzt? Ist z.B. der
> Shunt hinter Deinem 3,4V / 100µA Regler so ausgewählt, daß bei 100µA der
> Spannungsabfall am Shunt größer 100mV wird, also 100K als Shunt? Oder
> begrenzt Du das irgendwie anders, z.B. im Regler selbst?


Der Shunt ist vor dem Regler. Somit muß der Shunt floatend vermessen 
werden.

Die Differenzspannung am Shunt wird gemessen und bei 100uA wird der 
entsprechende Regler begrenzt, quasi eine klassische Strombegrenzung - 
nur das die halt bei 100uA losgeht.

Da der Shunt ja fast beliebig groß sein darf kann die daran abfallende 
Spannnung bei 1uA durchaus 2,5mV betragen - und das ist ja leicht zu 
messen - und bei 100uA dann 250mV, womit einerseits der AMC1204 
zufrieden ist und andrerseits die Strombegrenzung ausreichend Spannung 
hat um darauf sauber zu reagieren.

Obacht vor der Regelung und der Transistoransteuerung und den 
Eingangsströmen des ADCs: das von dort kein Strom ein - oder 
ausgekoppelt wird der am Shunt vorbeigeht. Das ist alles  ein bischen 
tricky - aber es geht - ich sag als Stichwort nur "Photovoltaic 
MOSFET-Driver"

Denn "schnell" muß das alles nicht sein, dazu dienen die Kerkos, die der 
Regelung die Langsamkeit erlauben die sie halt nun einmal hat.

von MiWi (Gast)


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S. Landolt schrieb:
> Gilt das nur für den MCP1700 oder auch für den 1702?

Ich hab damals nur den 1700 Microchip um die Ohren gehaut (die haben das 
nicht geglaubt - bis sie dann den Fehler selber reproduzieren konnten 
und gemeint haben, sie hätten solche Lastsprünge (von 700nA auf 20mA) 
bisher nicht getestet, der Eigenbedarf der andern Regler war mir bereits 
zu hoch.

Wie gesagt - unser System benötigt 800nA - mit spannungsversrogung, 
aktivem Sensor und uC in Warteposition.

von MiWi (Gast)


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Sorry - wir haben den MCP1710 verwendet und mit dem die Probleme gehabt.

Der ist bei Microchip EOL und wird von Semtech unter dem neuem Namen 
TS14002 weitergeführt.

von S. Landolt (Gast)


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Danke für die Auskunft. Beruhigt mich zwar, werde aber bei Gelegenheit 
den MCP1702 diesbezüglich testen.

von Eddy C. (chrisi)


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Gerd E. schrieb:
> Eddy C. schrieb:
>> Man kann sich ja zwei 16-Bit-Wandler vorstellen. Der eine misst die
>> Spannung am Shunt mit niedriger Verstärkung (unempfindlicher
>> Messbereich), der andere mit einer z.B. 128-fach grösseren Verstärkung
>> (empfindlicher Messbereich). Jetzt noch dafür sorgen, dass man mit den
>> Offsetspannungen nicht auf die schiefe Bahn gerät (Zero-Offset-OpAmp),
>> beide Wandler gleichzeitig abtasten lassen, Messwert intelligent
>> auswählen und bingo.
>
> Leider ist das mit dem Bingo nicht so einfach:
>
> Wie A.K. vorher schön gezeigt hat, brauchst Du in der Praxis 2
> verschiedene Shunts für die Messbereiche.
>
> Außerdem gerät der Verstärker für den empfindlichen Messbereich komplett
> in die Sättigung während der Controller voll aktiv ist. Er braucht etwas
> Zeit bevor er da wieder rauskommt und dem Wandler dahinter korrekte
> Pegel liefert.
>
> Der hohe Crestfaktor macht das ein kniffliges Problem.

Ich fühle mich unverstanden. Wieso sollte man zwei Shunts nicht durch 
zwei OpAmps und zwei ADCs ersetzen können? Schnelles Erholverhalten ist 
relativ und nur eine Frage der richtigen Auswahl gegen eine konkrete 
Spezifikation.

> Der hohe Crestfaktor macht das ein kniffliges Problem.

Ich täte sagen hoher Dynamikbereich, läuft aber auf's Gleiche hinaus :-)

von Jemin K. (jkam)


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Ich denke, das Sinnvollste dürfte einer der beiden Ansätze sein:

1. Getrennt den Tiefschlafstrom und den Strom der Aktivphase messen und 
hochrechnen. Beides eben über µCurrent Gold.

2. Messung über Speicher-Cap. Einmal den Cap einfach ne Woche liegen 
lassen, einmal den Cap an die Schaltung anschließen und liegen lassen. 
Aus der ersten Messung ergibt sich der Leckstrom und bei gleicher 
Lagerzeit sogar direkt die Leckladung.

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