Các cách đo dòng điện trong picoamperes

11

Tôi cần kiểm tra mức tiêu thụ điện năng thấp của một vi điều khiển trong phạm vi của picoamperes . Tôi chỉ có một vạn năng có khả năng đo milliamperes và như vậy nó hiển thị 0.

Có một cách dễ dàng và chính xác để đo picoamperes?

current-measurement

— Tedi
nguồn

1

Nếu nó dễ dàng, vạn năng của bạn có thể có một tùy chọn để làm như vậy. Và tôi có một thời gian khó hiểu tại sao picoAmps lại quan trọng đối với một loạiC, nanoAmps ở chế độ ngủ, nhưng pico, chúng ta đã thực sự đến mức đó chưa?

— Arsenal

2

Bạn có thể có thể kiểm tra eevblog.com/projects/uc hiện tại nhưng có vẻ như phần lớn thời gian là quá thấp đối với vi điều khiển. Tại sao bạn thực sự muốn đo nó, chắc chắn bạn muốn dòng điện trung bình trong một khoảng thời gian dài hơn khi nó đang làm gì đó?

— PeterJ

4

Những loại pin? Dòng điện tự xả của nó sẽ cho bạn một gợi ý tốt về mức độ lớn mà bạn đo được phải có liên quan. Một CR2032 tiêu chuẩn có dòng điện rò rỉ ~ 0,2, do đó, dựa vào đó, việc đi đến picoAmps chỉ là không đáng để gặp rắc rối.

— Arsenal

1

Bob Pease về đo lường femtocurrent (và các biện pháp phòng ngừa đặc biệt cần thiết để rò rỉ tránh làm hỏng nó) electronicdesign.com/test-amp-measurement/...

— pjc50

1

Đúng như những gì bác sĩ đã yêu cầu: hackaday.com/2015/08/26/data-logging-in-the-picoampere-range liên kết đến sigzig.com/blog/2015/8/18/ít

— Russell McMahon

23

Cấp nguồn cho bộ điều khiển vi bằng một tụ điện, được nạp vào một điện áp đã biết. Đợi một khoảng thời gian thích hợp, sau đó đo điện áp. Tính toán dòng điện từ delta-V và C. (Không đo điện áp liên tục, trừ khi bạn có một đồng hồ có trở kháng đủ cao, bởi vì điều đó có thể rút thêm dòng điện.) Bạn sẽ cần một tụ điện có điện dung đã biết, nhưng trong một nhúm bạn có thể đo capcitor theo cách tương tự bằng cách xả nó qua một điện trở đã biết.

Như các ý kiến chỉ ra, các đường dẫn hiện tại khác có thể góp phần vào việc xả tụ điện (bao gồm cả tự phóng điện). Bạn có thể lặp lại phép đo với UC bị loại bỏ và xem giá trị nào mang lại. Sau đó, bạn có thể suy nghĩ về việc liệu bạn có thể thực sự tránh các dòng điện 'khác' như vậy trong thiết kế của mình hay không.

Và đừng quên pin của bạn tự xả và / hoặc lão hóa!

Nếu bạn nhắm quá 'nhìn thấy' chế độ tắt nguồn của chip khi bạn sử dụng tụ điện, hãy xây dựng một mạch đơn giản kết nối nó với nguồn điện (nếu có thể được đồng bộ hóa với chu kỳ hoạt động của uC, thì phải có một cách thực sự dòng điện rò rỉ thấp!) và xem điện áp của C trên một phạm vi (trở kháng phạm vi phải cao hơn mức tiêu thụ hiện tại của UC hoặc thậm chí bạn có thể sử dụng khớp nối AC nếu chu kỳ hoạt động của uC đủ ngắn). xác minh cả sự phân chia theo thời gian trong mức tiêu thụ hiện tại cao và thấp và dòng điện ở cả hai chế độ.

— Đồ trang sức van Ooijen
nguồn

2

Dòng rò của tụ điện có thể là một vấn đề với phương pháp này và vùng nhắm mục tiêu của dòng điện. Kích thước tụ điện cũng phải được chọn theo cách mà điện áp sẽ không giảm quá nhiều.

— Arsenal

3

@Arsenal: Dòng điện 1 nA sẽ xả tụ 10 nF 0,1V trong một giây. Có nhiều công nghệ tụ điện rò rỉ thấp có sẵn trong phạm vi điện dung đó. Nhưng đo dòng điện trong phạm vi này luôn là một thách thức, bởi vì bạn phải chú ý đến TẤT CẢ các đường rò có thể xảy ra - ô nhiễm bề mặt là một vấn đề phổ biến.

— Dave Tweed

2

Bạn cũng có thể thực hiện thêm một vài thử nghiệm chỉ với tụ điện (để tự kiểm tra phóng điện) hoặc với đồng hồ liên tục được nối (để xem tác dụng của đồng hồ + phóng điện tụ) và so sánh tất cả các kịch bản để tìm ra mỗi mức bao nhiêu tổn thất cụ thể là

— user2813274 24/8/2015

8

Một phương pháp đơn giản mà tôi đã sử dụng là đặt một điện trở nối tiếp với nguồn điện tới micro và song song với một tụ điện. Sự rò rỉ của tụ điện không quan trọng trong trường hợp này.

Ví dụ, nếu bạn nghĩ rằng nguồn cung cấp không quá 10nA thì bạn có thể sử dụng điện trở có giá trị 10M 1% song song với tụ gốm 1uF. Điều đó sẽ cung cấp cho bạn 100,0mV trong 10nA (vì vậy gánh nặng của ampe kế là 0,1V, không nên ảnh hưởng quá nhiều đến mạch - tăng điện áp đầu vào lên một chút để bù cho sự sụt giảm nếu nó làm phiền bạn).

Sau đó nhìn vào điện áp trên điện trở 10M bằng vôn kế có trở kháng đầu vào cao, chẳng hạn như Agilent 34401 ở chế độ điện trở đầu vào> 10G. Dòng điện thiên vị của đồng hồ sẽ ảnh hưởng đến việc đọc, nhưng nó nhỏ hơn 30pA (0,3%) ở nhiệt độ phòng.

Tổ hợp 10M / 1uF lọc các xung đột trừ khi chúng xảy ra ở tần số rất thấp (ví dụ, nếu bộ xử lý của bạn thức dậy cứ sau 10 giây và rút 0,5mA trong 100 giây thì nó sẽ không hoạt động tốt).

— Spehro Pefhany
nguồn

3

Công suất hoặc mức tiêu thụ hiện tại của một bộ vi điều khiển có thể rất bất thường tùy thuộc vào trạng thái của PatrickC. Ví dụ: 1pA cho 999 ms và sau đó 1uA trong 1 ms. Trung bình đó sẽ là 1,001 nA. Nếu đồng hồ vạn năng của bạn sẽ thực hiện phép đo cứ sau 100ms, thì nó sẽ không bao giờ đo được 1,001 nA! Trong trường hợp này, bạn cần sử dụng một điện trở nối tiếp với nguồn cung cấp và máy hiện sóng để đo điện áp trên điện trở để "nhìn" dòng điện thực tế theo thời gian.

— Bimpelrekkie
nguồn

Bạn có thể chỉ cho tôi một điện trở như vậy?

— Tedi

2

Nếu OP chỉ quan tâm đến thời lượng pin, thì các đặc tính động của tải không quan trọng lắm; tất cả những gì anh ta thực sự cần là tích phân của dòng điện (điện tích), đó là những gì mà kỹ thuật dựa trên tụ đo.

— Dave Tweed

@DaveTweed Thực tế đối với tuổi thọ pin, các đặc tính động có thể khá quan trọng vì các hóa chất không luôn phản ứng tốt với những thay đổi đột ngột, nhưng tôi cảm thấy câu hỏi thực sự sẽ là "Làm cách nào để ước tính tuổi thọ pin của tôi?" vì vậy tôi sẽ dừng lại.

— Arsenal

Tôi cũng muốn đảm bảo rằng lệnh ngủ trong uC thực hiện công việc của nó.

— Tedi

2

Hầu hết các máy hiện sóng chỉ định trở kháng đầu vào kênh của họ. Nó có xu hướng là về một Gigaohm. Nếu bạn đặt phạm vi trong đường dẫn mặt đất của uC (hầu hết các phạm vi kết nối mặt đất kênh với mặt đất và bạn không thể đặt mặt đất trên VDD của uC), bạn sẽ đo điện áp trên điện trở này, và do đó, hiện tại đang được sử dụng bởi uC, trong thời gian thực. Điều đó sẽ cung cấp cho bạn các phép đo khá chính xác (1mV => 1pA).

— Dave
nguồn

1

Chúng ta hãy xem xét vấn đề liệu pin có "quan tâm" hay không - tức là tải trong phạm vi pA có ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ pin không?

Spoiler: Không. Ngay cả các phép đo có độ phân giải 1 nA cũng "chính xác" hơn mức cần thiết trong thực tế.

Pin lithium chính (không sạc được) tốt nhất có thời hạn sử dụng khoảng 20 năm (có thể giảm 30% - 70% công suất) mà không cần quan tâm nhiều đến nhiệt độ, v.v.

20 năm là khoảng 175.000 giờ vì vậy mất 10 mAh trong thời gian đó tương đương với mức hiện tại là 10 / 175.000 mA hoặc 10.000.000 / 175.000 = 57 = 57.000 pA. Vì vậy, việc đo lường pA là hoàn toàn không cần thiết đối với bất kỳ kích thước pin nào có thể sử dụng.

Ví dụ: pin 50 mAh bị mất 50% thời lượng sử dụng sau 20 năm (một mẹo hay nếu bạn có thể làm được) sẽ cho phép tải 25 mAh hoặc dòng điện trung bình là 142.500 pA = 142,5 nA = 0,1425 uA. Đo đến nA gần nhất của dòng tải trung bình mang lại cho bạn độ chính xác khoảng 1% - điều này sẽ cho phép ước tính chính xác hơn rất nhiều về thời lượng pin mà bạn sẽ thấy trong thực tế. Các biến thể thực tế sẽ tràn ngập những nỗ lực như vậy.

— Russell McMahon
nguồn