Hallo, ich "bastle" freizeitlich an Eigenkreationen diverser Elektronikgeräte. Dabei dreht es sich fast ausschließlich um batteriebetriebene Geräte mit Kleinstströmen (ganz kurze Wachphasen im mA-Bereich und Schlafzustände im µA-Bereich) und dem Wunsch nach hoher Laufzeit. Abspielen tut sich das Ganze um ATTinys der 2-Series, angetrieben werden sie je nach Anforderungen von Knopfzelle(n) oder 2-3 Alkalibatterien in Reihe. Bis jetzt belaufen sich die Laufzeiten über mehrere Jahre. Programmiert werden diese über 2 TTL-Adapter (einer modifiziert um über UPDI einen Bootloader zu flashen, der andere für regulares Flashen und Debuggen) nach den Vorgaben des Maintainers der Bibliothek, die ich verwende (MegaTinyCore). Ich möchte gerne meinen Arbeitsablauf extrem vereinfachen mit einer Eigenkreation. Schritt eins ist das Zusammenführen beider Adapter bzw. deren Funktionen zu einem. Zusätzlich zu einem Schalter um zwischen Bootloader- und normalem Flashen zu wechseln, soll ich die Spannung ebenso bequem per Schalter wechseln können (3.3V und 5V). Dazu ein eigener Verbindungsstandard mit eigener Zange und Footprint. Soweit eigentlich kein Problem für mich. Keine Hilfe benötigt. Jetzt kam mir am Wochenende die Idee, doch automatisiert den Stromverbrauch meiner Geräte messen zu können. Das manuelle Messen mit dem Multimeter ist sehr mühselig, klobig, und birgt viele Tücken (bspw. das manuelle Umschalten um bei höherem Verbrauch den Spannungsabfall zu verhindern). Mein Ziel ist eine zuschaltbare Strommessung mit automatischer Messbereich-Umschaltung, die dann eine Budgetierung des Verbrauches optional auf einem Display darstellt, oder auf den PC protokollierbar überträgt. Kurzum, trotz Einlesen in den letzten Tagen bin ich (noch) zu blöd dazu. Mir ist aufgefallen, dass ich doch sehr verwöhnt bin durch die Benutzung und der Features von µCs und anderen tollen ICs mit guter Dokumentation inkl. Beispielschaltplänen in den Datenblättern. Ich verfasse diesen Post in dem analogen Bereich, weil ich es für ein solches Problem halte, bitte aber um Verschiebung, wenn nötig. Kurze Anforderungen des Gerätes: Betriebsspannungen: 3.3V, 5V, Betrieb über USB Strom maximal: 200mA Messbereiche und Genauigkeiten: 500µA und darüber: 10% <500µA: -+500nA Messungen: >=1000/s Der maximale Strom ist bewusst höher gewählt, weil ich das Programmier- und Messgerät bzw. das Strommessen eigentlich gerne auch für weniger sparsame Geräte in der Zukunft verwenden möchte. Man findet sehr viele Beispielschaltungen, die aber alle keine automatische Messbereich-Umschaltung haben. Diskussionen über eine solche Implementation haben keine oder wenig dokumentierte Schaltpläne, und setzen gleich sehr viel Zusatzwissen aufeinmal voraus, was ich nicht besitze. Einige Ansätze, über die ich gelesen habe: 1) Schalten des Messbereiches über einen µC: Geht das Messen, Erkennen der Umschaltnotwendigkeit plus das Umschalten denn überhaupt schnell genug? 2) Beide Shunt-Widerstände parallel schalten, den kleineren Shunt über eine Diode in Reihe verschalten: Das scheint mir unpraktikabel, weil die Vorwärtsspannung einer Diode doch extrem stromabhängig ist(?) 3) Den in diesem Falle einzigen Shunt recht clever wählen, und dann mit einer "Granate" wie dem AD8428 arbeiten, evtl. auch zusammen mit einem externen ADC im Bereich von 20-24Bit Auflösung. 4) Ich habe in KiCAD gewagt einen Testschaltplan aufzubauen, indem der kleinere Shuntwiderstand, der parallel geschaltet wird, von einem Open-Drain-Komparator (Vergleichsspannung durch Spannungsteiler erstellt als "Vergleichslast", bei der umgeschaltet werden sollte) über einen P-Kanal Mosfet abgetrennt wird. Es scheitert mir an dem, wie soll ich sagen, "rekursiven" Element bzw. der Zustandsänderung und der damit verbundenen Rückschaltung. Beide abendliche Versuche endeten in Flüchtigkeitsfehlern und unübersichtlichen Schaltungen. Ich hänge mal eine Grundschaltung an, die dann bei Bedarf den kleineren Shunt trennt, ihn dann aber auch nicht wieder durchschalten kann. Hier müsste eigentlich der Komparator aus der Schaltung genommen und dafür ein anderer geschaltet bzw. die Aufgabe an ihn abgegeben werden, der wieder umschalten kann, bei gleichzeitigem Halten des Mosfets. 5) Mehrmals habe ich von einem Aufbau gelesen, bei dem gleichzeitig "fein und grob" gemessen werden, und die letztendliche Auswertung dann das eine Ergebnis verwerfen soll. Dazu habe ich keine Schaltung gesehen. Es mangelt mir auch irgendwo an einem Gefühl (ich denke ein Grundverständnis ist vorhanden) für Operationsverstärker. Da fehlt mir der Eindruck für die Dimensionierung und der Bewertung von möglichen Problemen und anderen Dingen, die man bedenken muss (oder eben nicht). Eine Komplettlösung ist absolut unerwünscht. Gerne schätze ich eure Erfahrung und würde mir wünschen, wenn ihr in diesem bildlichen Rätsel-Spiel mein "Tipp"-Knopf sein könnt, der mir gerade so viel Hilfestellung gibt, dass ich selber weiterkomme. Wie immer vielen Dank und einen schönen Abend Der Keksliebhaber
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Keks F. schrieb: > Eine Komplettlösung ist absolut unerwünscht. Irgendwie ist jetzt jede Woche Strommessung von Batteriegeräten dran. Eigentlich wurde dazu schon alles gesagt. Strommessung per shunt funktioniert nicht, und Umschalten von shunts erfolgt zu langsam. Man löst das Problem anders, z.B. in dem man den Nachladestrom eines Reservoirkondensators trackt, den erzeugt man ja selbst also kann man ihn auch messen. https://www.google.com/search?q=measure+current+standby+active+microcontroller
Ah, danke für den Tipp. Beitrag "Strommessung an einem shunt mit zwei Messbereichen (OPV)" Ich merke, dass die Forensuche gar keine Sortierungsmöglichkeiten hat. Ohne manuelles Stöbern merkt man gar nicht, dass die Frage kürzlich gestellt wurde, wenn sie denn nicht schon als Relevanz genug vom Algorithmus geschätzt wird.
Einfach mal gucken wie andere es machen
Keks F. schrieb: > Messbereiche und Genauigkeiten: > > 500µA und darüber: 10% > > <500µA: -+500nA Also bei 499µA wäre das dann ~+-1 Promille. und bei 1µA mehr reicht Dir plötzlich +-10 Prozent, also Faktor 100 ungenauer??
Ich hab mich vom Nordic Power Profiler inspirieren lassen, da gibt es einen Schaltplan. https://nsscprodmedia.blob.core.windows.net/prod/software-and-other-downloads/dev-kits/power-profiler-kit-ii/pca63100-power-profiler-kit-ii---hw-files---1_0_1.zip
Das kann ein STM8L-Discovery und auch manche STM32-Discoveryboards (z.B. STM32L152) schon fast O.O.B. incl. Anzeige. Muss man nur ein wenig "umverdrahten". :) Den integrierten ST-Link zieht man ins Reset, damit der nicht unerwuenscht an der Batterie nuckelt.
> Irgendwie ist jetzt jede Woche Strommessung von Batteriegeräten dran.
Tja, wird halt immer wichtiger und dann merken sie das Agilent fuer
ihren Messplatz ohne die notwendigen Tastkoepfe schon 20kEuro
haben will und dann ist Selbstbau angesagt. .-)
Ist aber wirklich heutzutage unverzichtbar geworden. Kommen ja
immer mehr Buden damit aufs Parket. Auf der Embedded war auch
einer aus Schweden mit einer Kiste. Ich meine so 1kEuro,
allerdings auch mit dem Nachteil das die ueber den PC messen.
Vanye
Zumindest bei diesen DC-Verhältnissen kann das mit dem MOSFet so nicht funktionieren. Der leitet, wenn zwischen Gate und Source eine Spannung grösser als Ugth liegt. Überlege nun, was beim Durchschalten passiert. Der MOSfet kommt in einen halbleitenden Zustand.
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Vanye R. schrieb: > Tja, wird halt immer wichtiger und dann merken sie das Agilent fuer > ihren Messplatz ohne die notwendigen Tastkoepfe schon 20kEuro > haben will Na ja, bei mir tut es ein Supercap für die Messung des sleep Stromes. ;-) Parallel mit aufladen, dann Stromquelle abklemmen und Spannung messen. Nach einer Weile wieder messen und rechnen.
Michi S. schrieb: > Keks F. schrieb: >> Messbereiche und Genauigkeiten: >> >> 500µA und darüber: 10% >> >> <500µA: -+500nA > > Also bei 499µA wäre das dann ~+-1 Promille. und bei 1µA mehr reicht Dir > plötzlich +-10 Prozent, also Faktor 100 ungenauer?? Ja. Das liegt einfach darin, dass es zwei verschiedene Zustände gibt. Den Schlafmodus/Ruheverbrauch der Schaltung, und die aktiven, viel kürzeren Phasen. Bei letzterem ist es wichtig auch kleine Leckströme richtig messen zu können. Falsche Berechnungen bei Leckströmen von Kondensatoren o.Ä., oder einfach etwas, was man übersehen hat, kann da auf die Dauer sehr große Auswirkungen auf die Laufzeit haben. Die Schwelle ist da von mir recht willkürlich gesetzt. Bei einem "nackten" Gerät ist der Ruhestrom im <30µA Bereich, eher unter 10µA. Bei einem LCD und Treiber sind das schon eher 200µA (ich habe jetzt kein Datenblatt zur Hand).
Matthias S. schrieb: > Der MOSfet kommt in einen halbleitenden Zustand. Und jetzt? Schmidt-Trigger / Hysterese? Oder mit-umgeschaltete Verstärkung bzw. andere Spannung für den OP Amp Comperator? "auch haben will"
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> Na ja, bei mir tut es ein Supercap für die Messung des sleep Stromes. > ;-) Ziemlich unbrauchbar weil du beim entwickeln wissen willst zu welchem Zeitpunkt genau deine Schaltung wieviel Strom verbraucht damit du da ansetzen und verbessern kannst. Die Kondensatormethode ist nur fuer ganz armen die nix haben. :-) Vanye
Tim S. schrieb: > Matthias S. schrieb: >> Der MOSfet kommt in einen halbleitenden Zustand. > > Und jetzt? > Schmidt-Trigger / Hysterese? Nö. Der TE muss den MOSFet mit einer Spannung durchschalten, die in jedem Betriebszustand hoch genug ist, um den MOSFet durchzusteuern. Er benötigt also eine zusätzliche Spannung von z.B. 12V oder eben einen P-Kanal. Ein Schmitt-Trigger oder Hysterese hilft hier gar nichts.
Vanye R. schrieb: > Ziemlich unbrauchbar weil du beim entwickeln wissen willst zu > welchem Zeitpunkt genau deine Schaltung wieviel Strom verbraucht > damit du da ansetzen und verbessern kannst. Im sleep aendert sich nichts. Und die Zeitanhaengigkeit des normalen Verbrauchs ist bei Batteriebetriebenen Geraeten, die mal kurz aufwachen und was tun, relativ unerheblich. Da genuegt i.A. eine Durchschnittsmessung waehrend der aktiven Phase. Ich will einfach nur wissen wann eine Batterie leer ist. Und da sind +-10% relative egal. Wenn man also keine 20kEur fuer ein diesbezueliches Messgeraet ausgeben will ist man arm? Ok, dann bin ich arm. ;-)
> Ich will einfach nur wissen wann eine Batterie leer ist. Und da sind > +-10% relative egal. Dann ist ja alles in Ordnung und du kommst mit weniger aus. Bei mir ist das anders. Ich moechte genau wissen bei welchem Betriebszustand welcher Strom fliesst und optimiere meine Schaltungen dann entsprechend. Oh..und die Software optimiert man so natuerlich auch. Und ploetzlich haelt dann die Batterie doppelt so lange. .-) > Wenn man also keine 20kEur fuer ein diesbezueliches Messgeraet ausgeben > will ist man arm? Ok, dann bin ich arm. ;-) Das ist ja auch das Maximum. Man kann was preiswerteres kaufen oder sich selber was bauen.(so hab ich das gemacht) Aber klar ist ja wohl das der Bedarf an solchen Messungen stark ansteigt. Deshalb hier immer oefter die Nachfrage nach sowas und deshalb kommen auch immer mehr billigere Loesungen auf den Markt. Aber zu sagen braucht man nicht ich hab Kondensator, ist genauso als wenn du jedem sagst der ein Oszi haben will, braucht man nicht geht alles mit einem Multimeter. Aber seit Strom nicht mehr einfach so aus der Steckdose kommt steigt halt das Interesse am Stromverbrauch STARK an. Erst wenn Rigol euch das fuer 300Euro verkauft, dann ist es ploetzlich ein unverzichtbares Werkzeug geworden. :-D Vanye
Andreas B. schrieb: > +-10% relative egal. Dann könnte man doch den Shunt-Widerstand durch eine Diode ersetzen. Der Spannungsabfall ist dann konstant genug, dass man nicht umschalten muss und einen Teil davon statisch kompensieren kann. Er ist aber immer noch messbar vom Strom abhängig, und zwar logarithmisch, z.B. 60mV/Dekade. Ja, man muss die Kennlinie an mehr als 2 Punkten kalibrieren und auch noch die Temperatur berücksichtigen. Früher ging das nur analog und trotzdem hat man sowas gerne eingesetzt. Bonus: die Diode simuliert den Innenwiderstand der Batterie ;)
Vanye R. schrieb: > Und ploetzlich haelt dann die Batterie > doppelt so lange. .-) Das glaube ich kaum. Wenn man etwas Hirmschmalz in die Entwicklung investiert, geht es im wesentlichen nur noch darum zu kontrollieren, ob man es richtig gemacht hat. Und ja, ein 300Eur Rigol habe ich auch. Vorher ein 1000DM Hameg. Aber 20kEur? Never. Ok, wenn es der Arbeitgeber bezahlt...
Matthias S. schrieb: > Nö. Der TE muss den MOSFet mit einer Spannung durchschalten, die in > jedem Betriebszustand hoch genug ist, um den MOSFet durchzusteuern. Er > benötigt also eine zusätzliche Spannung von z.B. 12V oder eben einen > P-Kanal. > Ein Schmitt-Trigger oder Hysterese hilft hier gar nichts. Das ist jetzt nur ein Teilaspekt der Diskussion, aber reicht hier nicht ein LL-Mosfet? Andreas B. schrieb: > Na ja, bei mir tut es ein Supercap für die Messung des sleep Stromes. > ;-) > Parallel mit aufladen, dann Stromquelle abklemmen und Spannung messen. > Nach einer Weile wieder messen und rechnen. Das ist von einem anderen Mitforisten angesprochen worden. Ich persönlich hätte gerne eine Lösung ohne An- und Abklemmen und ständigem manuellem Messen. Dann kann ich auch mit dem Multimeter rangehen und kümmere mich um das rechtzeitige Umschalten. Darüber hinaus ist für mich auch die zeitliche Konstante wichtig. Wie lange braucht meine Schaltung im höherstromigen Bereich? Da ist weniger der genaue Wert wichtig, als die zeitliche Konstante. Ich widerspreche da direkt deiner vorherigen Aussage, dass die zeitliche Konstante unwichtig wäre. Hier wird auch getestet und nach Fehlern gesucht/ausgeschlossen, da ist dieses Mehr an Informationen auch hilfreich. Ich merke folgendes: 1) Die Nachfrage an einem solchen Zwischengerät ist da und steigt. Der Aspekt einer günstigen Lösung für den (Semi-)Hobbyisten ebenso. Bis jetzt sind nur kommerzielle Lösungen da um diese Lücke zu füllen, und kein quelloffenes Projekt für den Nachbau. 2) Das Ganze ist sehr kompliziert und wird wohl auch längerfristig meine Kenntnisse in dem Bereich überfordern. Gleichzeitig wird es mehr Leute wie mich geben, die Elektronik für sich als interessantes Hobby finden, und auch mal Dinge bauen wollen, die in diesen Verbrauchs- und Laufzeitriegen sind. 3) Bei diesem Problem geht sehr schnell und gleichzeitig ins Detailwissen, sowohl was Halbleiter betrifft und den digitalen Bereich, aber auch das Analoge, insbesondere die Signalverarbeitung. Das macht es für mich sehr schwierig das Gesamtproblem zu quantifizieren und so schrittweise dazuzulernen. Was spricht gegen ein Nacheinanderschalten mehrerer Differenzverstärker, dem gleichzeitigen Messen über einen mehrkanaligen ADC und dem Auswerten bzw. Verwerfen des Ergebnisses, was außerhalb der Reichweite oder der Genauigkeit ist? Eine Überspannung und dadurch Zerstörung an dem ADC durch einen Verstärker wäre doch durch Z-Dioden und Vorwiderstände zu beseitigen? Was übersehe ich und welche andere Probleme gibt es da? Da hier auch STM Discovery Boards angesprochen worden sind. Hier mal ein Auszug als Anhang, Quelle Seite 14 und folgend: https://www.st.com/resource/en/user_manual/um0970-stm8ldiscovery-stmicroelectronics.pdf Das ist recht clever, aber nicht ganz "rückwärtskompatibel", vielleicht reicht mir das aber auch schon. Hier wird ein entsprechender Pin seitens des TUD vorher geschaltet, um den neuen Verbrauchsbereich dem Messgerät anzukündigen, welches dann den Wechsel macht. Hier dann auch für mich die Frage? Wieso wird dann hier nicht, wie von mir vorgeschlagen, über kaskadierende Differenzverstärker gemessen, und das eine Ergebnis dem anderen gegenübergestellt und verworfen?
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Beitrag #7429225 wurde vom Autor gelöscht.
> Darüber hinaus ist für mich auch die zeitliche Konstante wichtig.
Dann solltest du sie benennen und dann daraus deine benoetigte
Bandbreite ausrechnen. Alles weitere haengt davon ab!
Vanye
> das eine Ergebnis dem anderen gegenübergestellt und verworfen? Es wird ja der Shunt zugeschaltet. Sonst waere der 2 k Shunt im "Hochstrombereich" aktiv und im Weg. Das funktioniert sicher besser als > kaskadierende Differenzverstärker
Vanye R. schrieb: > Dann solltest du sie benennen Habe ich auch. Steht alles im ersten Beitrag. 1kHz, mehr ist mehr. Motopick schrieb: > Es wird ja der Shunt zugeschaltet. > Sonst waere der 2 k Shunt im "Hochstrombereich" aktiv und im Weg. Ja, das ist mir bewusst, die Frage ist aber, wieso das "sicher besser" wäre als (unter Verwendung eines einzelnen Shuntes) den Spannungsabfall stufenweise zu verstärken, zu messen und dann das beste Ergebnis rauszupicken. Zum Problem der Überspannung hatte ich einen Lösungsansatz als Frage verpackt vorgeschlagen. Daher auch meine Frage "Was übersehe ich?". Grundsätzlich ist es doch so, dass ich mit dem Problem nicht alleine bin, und es cleverere, erfahrenere, und Leute mit besseren Mitteln und besserer Frisur gibt und deren Lösungsansätze scheinbar nicht dem jetzt von mir vorgeschlagenem entsprechen. Was für Herausforderungen gibt es bei diesem Ansatz?
> unter Verwendung eines einzelnen Shuntes
Ja wie gross oder klein willst du den denn waehlen?
An 2 Ohm fallen bei einigen µA auch nur einige µV ab :).
Man kann sich das Leben natuerlich kuenstlich schwer machen.
Hallo Keks, mein Ansatz wäre so: Ich nehme einen Transimpedanzverstärker, damit ich mit dem Strommesswiderstand nicht die zu vermessende Schaltung beeinflusse Ich wähle einen schnellen Präzisions-ADC mit hoher effektiver Abtastrate und großem Dynamikumfang. Ich würde hier z. B. einen ADS131M oder etwas vergleichbares verwenden. Ich prüfe, wie viele Messbereiche ich brauche. Deine +-500 nA erfordern ein kumuliertes Rauschen von ca. 150 nArms (500 nA sind 3 Sigma einer Normalverteilung mit einer Standardabweichung von 150 nA) in Bezug auf den Eingang der Messschaltung. Der vorgeschlagene ADC hat bei 4 kHz effektiver Abtastrate im besten Fall 5.35 µVrms Rauschen. Du musst also eine effektive Übertragungskonstante von mindestens 5.35 µVrms / 150 nArms = 36 Ohm haben, um das zu erreichen. Der ADC hat eine Aussteuerung von +-1.2 V. Weil du keinen negativen Messbereich brauchst, hast du 1.2 V. Mit 36 Ohm hättest du einen Messbereich von 1.2 V / 36 Ohm = 33 mA. Du möchtest 200 mA, also brauchst du zwei Messbereiche oder einen ADC mit größerer Aussteuerung und geringerem Rauschen. Du befändest dich hier aber schon an der Grenze des, mit überschaubarem Aufwand, möglichen. Ich würde zwei Messbereiche verwenden. Die Messbereiche laufen bestenfalls simultan, damit du keine Diskontinuität durch die Umschaltung bekommst. Es gibt zwei Messbereiche, die sich durch zwei seriell geschaltete Präzisionswiderstände im Rückkopplungspfad des Transimpedanzverstärkers realisieren lassen. Die 36 Ohm würde ich vergrößern, weil du durch das Rauschen der Referenzspannung und den Verstärker am Strommesswiderstand noch weitere Rauschleistung ins Signal kriegen wirst. Hier wäre ein Wert von 100 Ohm vermutlich ganz gut. Der zweite effektive Widerstand darf maximal 1.2 V / 200 mA = 6 Ohm sein. Hier wähle ich grob gepeilt 1 Ohm oder 2 Ohm. Wenn der Strom immer durch beide Widerstände fließen würde, hätte ich am großen Widerstand eine Verlustleistung von 100 Ohm * (200 mA)² = 4 W und bräuchte für den Transimpedanzverstärker eine Versorgungsspannung von mehr als 100 Ohm * 200 mA = 20 V. Das halte ich beides für problematisch. Ich muss die 100 Ohm also irgendwie schaltbar machen, um das Problem zu begrenzen. Die Widerstände hart zu schalten ist schwierig, weil der Transimpedanzverstärker dann eine Diskontinuität ausregeln müsste. Wenn es ohne ginge, wäre das besser. Oben wurde bereits der Tipp mit den Dioden gegeben, entweder als dynamischer Strommesswiderstand oder zur Begrenzung der Spannung über dem Widerstand. Weil ich die Strommessung mit einem Widerstand für einfacher halte, würde ich den Ansatz mit der Spannungsbegrenzung durch die Dioden nehmen. Ich schalte also eine Diode parallel zu den 100 Ohm und bekomme dadurch eine Begrenzung der Spannung und damit der Leistung. Als Diode nehme ich einen BJT oder einen JFET, weil die nach allgemeiner Erfahrung besser definierte Kennlinien haben. Das sieht man in Messgeräten ganz häufig. Eine einzelne Diode greift mir zu früh ein, daher nehme ich 3 oder 4 Dioden in Serie. Meine Spannung wird damit grob auf 4 * 0.7 V = 2.8 V begrenzt, was einer Verlustleistung von (2.8 V)² / 100 Ohm = 80 mW entspricht, das ist handhabbar. Die Dioden blenden kontinuierlich zwischen normalem Betrieb und Spannungsbegrenzung, sodass der Tranzimpedanzverstärker immer sauber ausgeregelt bleibt. Eventuell reichen 4 Dioden noch nicht, um den kleinen Messbereich sinnvoll zu nutzen. Das kann ich ohne genauere Recherche nicht sinnvoll beurteilen. Du brauchst dann für beide Strommesswiderstände noch eine Zwischenstufe, die den Gleichtakt entfernt und das Signal für den ADC konditioniert. Dafür würde ich einen rauscharmen Differenzverstärker verwenden. Mit dem richtigen ADC geht es eventuell auch ohne Zwischenstufe, also mit direkter Messung über dem Widerstand. In der Signalverarbeitung musst du dich dann darum kümmern, wie du die beiden simultanen Messbereiche richtig zusammenführst. Du schaust dir immer den großen Messbereich an und prüfst mit dem, ob dein kleiner Messbereich gültig ist. Wenn der kleine Messbereich gültig ist, nimmst du den Wert und hast damit die gute Präzision. Wenn der kleine Bereich, durch die Dioden, gesättigt ist, nimmst du den großen. Wenn du es noch besser haben möchtest, machst du eine Sensordatenfusion der beiden Messkanäle und profitierst damit von der guten Präzision des kleinen Messbereichs und der Weite des großen Messbereichs. Das ist dann aber schon ziemlich fortschrittlich und wahrscheinlich Überentwickelt. Das sind meine ersten Gedanken dazu. Es gibt bestimmt auch bessere Lösungen, aber das ist das Beste, was mir in der Zeit, und ohne Erfahrung mit der Aufgabe, eingefallen ist.
Keks F. schrieb: > Das ist jetzt nur ein Teilaspekt der Diskussion, aber reicht hier nicht > ein LL-Mosfet? Nö, denn das prinzipielle Problem bleibt doch das gleiche. Du baust da einen Sourcefollower, bei dem die Source um den Betrag der Ugth weniger als das Gate rausgibt. Wenn du 5V schaltest und das Gate nur mit 5V ansteuerst, sind an der Source eben nur 3V oder so. Etwas weniger beim normalen MOSFet als beim LL Typ.
Simon D. schrieb: > ohne Erfahrung mit der Aufgabe Das merkt man. Die dynamische Impedanz des TIAs ist bescheiden, vorallem da man die Rückkopplung für die kapazitive Last der zu versorgenden Schaltung schnarchlangsam machen muss. Schwingen und bei Lastwechsel rumzicken wird es trotzdem mit hoher Wahrscheinlichkeit. Verhältnismäßig groẞer highside-Shuntwiderstand für 10mV Drop im niedrigen Messbereich an einen 100x Verstärker mit nachfolgendem, schnellen Open-Drain-Komparator der dem Shunt bei Überschreitung der 10mV per p-MOSFET einen kleineren Shunt parallel schaltet, ist nun wirklich kein Hexenwerk. Tricky wird nur die Hysterese, der Komparator soll ja nicht durch das nach Umschaltung niedrigere Signal direkt wieder zurück fallen.
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Ich kann leider auf den tollen längeren Beitrag noch nicht antworten, es ist schon spät, aber ganz kurz. Matthias S. schrieb: > Nö, denn das prinzipielle Problem bleibt doch das gleiche. Scheiße, du hast Recht, ich habe das total falsch verstanden. Ein Mosfet schaltet ja abhängig vom Potenzial zwischen Gate und Source... Einmal falsch aufgegriffen, noch nicht angewendet und hinterfragt. Boah, danke. Das erklärt ja auch, wieso so oft P-Kanal Mosfets verwendet werden, obwohl man da manchmal umgekehrt denken muss.
Wenn man keinen Spannungsabfall durch einen Shunt haben will, verwendet man einen Transimpedanz Verstaerker, der liegt dann auf GND, ohne spannungsabfall. Der steuert dann negativ aus, das kann man nochmals invertieren und auf einen 24 bit wandler. Irgendwelche Umschaltereien wuerd ich sein lassen.
Brüno schrieb: > Die dynamische Impedanz des TIAs ist bescheiden, vorallem > da man die Rückkopplung für die kapazitive Last der zu versorgenden > Schaltung schnarchlangsam machen muss. Schwingen und bei Lastwechsel > rumzicken wird es trotzdem mit hoher Wahrscheinlichkeit. Das ist ein guter Einwand. Ich denke schon, dass man einen TIA dafür flott machen kann und, dass man auch eine gute Bandbreite hinkriegen würde. Vielleicht ist ein simpler Strommesswiderstand doch besser. > Verhältnismäßig groẞer highside-Shuntwiderstand für 10mV Drop im > niedrigen Messbereich an einen 100x Verstärker mit nachfolgendem, > schnellen Open-Drain-Komparator der dem Shunt bei Überschreitung der > 10mV per p-MOSFET einen kleineren Shunt parallel schaltet, ist nun > wirklich kein Hexenwerk. Das hieße, dass wir einen Strommesswiderstand mit 10 mV / 200 mA = 50 mOhm verwenden. Bei den angestrebten 150 nArms Stromrauschen haben wir also ein maximales Spannungsrauschen von 150 nArms * 50 mOhm = 7.5 nVrms. Das halte ich für etwas sportlich, mindestens für eine Messung an der Highside. Mit 100 mV Spannungsabfall hätten wir ein Budget von 75 nVrms, das halte ich für machbarer. Wenn man auf die Lowside geht, wird die Umsetzung noch einfacher. Wir sind eigentlich nicht an die Highside gebunden, richtig? Jetzt kann man den Widerstand aufteilen und bekommt damit wieder zwei simultane Messbereiche. Den großen Widerstand kann man überbrücken, wenn einem der Spannungsfall zu groß sein sollte. Bei 100 mV spricht aber vermutlich auch nichts dagegen, den einfach immer drin zu lassen. Hier ist das Prinzip ganz gut zusammengefasst. https://www.imc-tm.com/download-center/white-papers/measuring-currents-with-extreme-dynamics-using-auto-ranging-technology/ Ich würde aber zwei simultane Messbereiche daraus machen, um wirklich den hohen Dynamikumfang nutzen zu können.
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Simon D. schrieb: > Bei den angestrebten 150 nArms Stromrauschen haben wir > also ein maximales Spannungsrauschen von 150 nArms * 50 mOhm = 7.5 > nVrms. Guter Einwand, aber dass die Anforderung von 500nA 3Sigma bei niedrigem Drop ziemlich sportlich sind, dürfte klar sein. Mehrere Shunts in Reihe gefällt mir konzeptionell, dann beeinflusst der Widerstand des Kurzschluss-FETs die Messung nicht. Ich würde das so wie im Anhang machen, mit Batterie kann man sich dann überlegen ob man highside oder lowside misst. Als MOSFET empfielt sich was mit möglichst hoher Vds, möglichst hoher Vth und möglichst niedrigem Rds, oder direkt ein gutes Solid State Relais, die sind auf low leakage optimiert aber eher langsam. Simon D. schrieb: > Bei 100 > mV spricht aber vermutlich auch nichts dagegen, den einfach immer drin > zu lassen. Bei 100mV@500µA hat man 40V@200mA. Den Shunt muss man also definitiv kurzschließen.
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Viel Aufwand fuer fast nichts. Wenn man die Energie "mitzaehlen" will, reicht es den Bedarf bei den extremen Sparsituationen einmal zu messen. Z.B. Controller im Sleep und steuert nur das LCD an. Dieser Wert aendert sich ja nicht mehr. Je nach Design, koennen von diesen Situationen mehrere auftreten, die man nur einmalig messen muss. Fuer das Energiebudget muss man dann nur noch die Zeit je Zustand akkumulieren. Auch im "Normalbetrieb" kann es sein, dass der aufgenommen Strom einfach nur konstant ist, und wenn nicht, kann man den Strom dann mit nur einem Shunt messen und akkumulieren.
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