Đo phạm vi rộng 800 800A hiện tại - 1,5 A

Tôi đang gặp khó khăn khi đo dòng điện vào một thiết bị IoT mà tôi đang chế tạo. Tôi cần có khả năng thu thập dữ liệu về mức tiêu thụ năng lượng theo thời gian và về chế độ ngủ hiện tại. Tôi đã cố gắng sử dụng một điện trở shunt để thu thập dữ liệu hiện tại, nhưng trước tiên tôi đang gặp rắc rối với Georg Ohm, và tất cả các luật của anh ấy.

Ở chế độ ngủ, thiết bị của tôi nên sử dụng khoảng 800 PhaA hiện tại, PSU không chính xác của tôi đang nói rằng nó xuất ra khoảng 2 mA, vì vậy có lẽ tôi phải mã hóa thêm một chút. Tuy nhiên, trong chế độ ngủ, tại các khoảng thời gian dường như ngẫu nhiên, modem sẽ bật lại trong giây lát và truyền, (hành vi modem ngủ sâu tiêu chuẩn). Cụm phát này có thể lên tới khoảng 1,5 A.

Dù sao, tôi đang gặp vấn đề khi sử dụng điện trở shunt vì sụt điện áp cho phép tôi xem bất kỳ dữ liệu có ý nghĩa nào về dòng điện ngủ, giảm quá nhiều điện áp trong khi phát sóng mà thiết bị của tôi khởi động lại.

Bất cứ ai có thể đề nghị một cách để đo hiện tại một phạm vi hiện tại lớn như vậy?

Thông số kỹ thuật của thiết bị:

• Chế độ ngủ hiện tại: 600 hungA - 3 mA
• Hiện tại: 27-80 mA
• Truyền phát: lên tới 1,5 A
• Điện áp: 2,6 V - 4.2 V
• Sạc hiện tại: 400 mA

Bạn cần bao nhiêu độ chính xác? Nếu bạn chỉ cần một ước tính, thì một diode silicon loạt sẽ cung cấp cho bạn ít nhiều chỉ thị logarit trên một loạt các dòng điện.

Vấn đề chính với một diode, sự thay đổi giảm điện áp theo nhiệt độ, có thể được giảm thiểu đáng kể bằng cách chạy một diode thứ hai ở cùng nhiệt độ với dòng điện tham chiếu. Hai điốt trong một cầu chỉnh lưu sẽ được ghép nhiệt và lý tưởng cho việc này, tôi đã đánh dấu các kết nối trên sơ đồ, cầu + chưa được sử dụng. Vì tải của bạn có công suất rất thấp và dòng điện cao chỉ là các xung ngắn, thậm chí hai điốt riêng lẻ được nối với nhau cũng không sao. Chẳng hạn, 1N540x tốt cho 3 A liên tục và vẫn sẽ có một mức giảm đáng kể về phía trước tại 100 LờiA.

Nó có lợi thế là điện áp tải thay đổi rất ít, có thể vài trăm mV trong khoảng 500 PhaA đến 1,5 A, ít hơn nhiều so với một shunt điện trở sẽ đo mA.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Việc thay thế R1 bằng một bộ chìm hiện tại sẽ làm cho dòng tham chiếu chính xác hơn, nhưng (điện áp nguồn - 0,7 V) / R1 có thể phù hợp với hầu hết các mục đích. Lý tưởng nhất, dòng tham chiếu sẽ ở giữa phạm vi bạn muốn đo tốt nhất. Ở đâu đó trong phạm vi 1 đến 10 mA cảm thấy tốt.

Việc đọc vôn kế sẽ tỷ lệ thuận với nhật ký của tỷ lệ tải với dòng điện tham chiếu. Trở kháng đầu ra từ các điốt là rất thấp, do đó việc khuếch đại sự khác biệt với một opamp, có lẽ để mở rộng nó hoặc để tham chiếu mặt đất nó, sẽ đơn giản.

Bạn sẽ cần hiệu chỉnh chuyển đổi đo ở dòng điện cao và thấp để thiết lập luật log, và sẽ tốt hơn nếu kiểm tra nó ở một vài điểm ở giữa. Hãy nhớ rằng việc hiệu chỉnh ở dòng điện cao sẽ làm nóng diode tải, do đó bạn có thể cần sử dụng các xung ngắn, ngắn như các xung truyền của bạn, để giảm thiểu các lỗi trôi nhiệt.

Một phần mở rộng cho câu trả lời của Neil_UK, nếu bạn cần độ chính xác phù hợp với dòng điện ngủ nhưng không quan tâm đến việc đo dòng điện cao với cùng một mạch, là đặt song song một diode và điện trở:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Bằng cách này, khi dòng điện thấp, điện áp trên điện trở sẽ tỷ lệ thuận, và nó sẽ đủ thấp để diode tắt một cách hiệu quả, do đó, nó không tắt quá nhiều dòng điện ra khỏi điện trở (mặc dù hãy kiểm tra các thông số kỹ thuật trên diode của bạn).

Khi dòng điện cao, diode đang tiến hành và hạn chế sự sụt giảm điện áp ở một số giá trị hợp lý. Nếu bạn cũng muốn đo dòng điện vào thời điểm này, bạn có thể thêm một shunt khác trong chuỗi, như vậy (ý tưởng lịch sự của @dim):

^{mô phỏng mạch này}

Bạn mô tả điều này như một phạm vi rộng. Nó thực sự không.

Tối đa 1,5A của bạn gấp 1875 lần tối thiểu 800uA. Một ADC 16 bit có phạm vi 65535 bit. Nếu bạn đặt giới hạn tối đa là 5A và cho phép dòng điện dương hoặc âm, điều đó mang lại cho bạn độ phân giải 153uA mỗi bit. Nếu hiện tại không thay đổi quá nhanh, bạn có thể cải thiện độ phân giải của mình hơn nữa bằng cách vượt quá mức - ví dụ, 16 lần quá mức sẽ giảm xuống còn 38uA mỗi bit. Vì vậy, không có vấn đề gì khi thực hiện phép đo.

Vấn đề của bạn chỉ đơn giản là sụt áp trên điện trở shunt. Ông Ohm có câu trả lời ở đó - làm cho điện trở shunt của bạn nhỏ hơn! Bạn có thể dễ dàng mua một điện trở 0,1 ohm, và thậm chí 0,01 ohm. (Google "0R1" hoặc "0R01", đó là những cách tiêu chuẩn để biểu thị phân số của một ohm.)

Vấn đề sau đó là làm thế nào để đo điện áp trên shunt. Bạn sẽ cần một bộ khuếch đại vi sai có trở kháng đầu vào rất cao, để bạn có thể đo điện áp mà không ảnh hưởng đến nó. Sau đó, bạn muốn đặt một số lợi ích cho nó, vì vậy bạn có thể lái ADC với điện áp phù hợp.

Điện áp thấp có nghĩa là nhiều vấn đề tiếng ồn hơn, vì vậy hãy chú ý theo dõi định tuyến và tất cả các công cụ bố trí thực hành tốt nhất khác. Bạn cũng cần chú ý đúng mức đến nguồn cung cấp năng lượng ổn định và tài liệu tham khảo. Bộ điều chỉnh chế độ chuyển đổi không phải là bạn của bạn ở đây. Ngay cả bộ điều chỉnh tuyến tính sau chế độ chuyển đổi cũng không nhất thiết phải có đủ PSRR để tiêu diệt gợn.

Các giai đoạn đạt được chắc chắn sẽ có một số bù DC trên chúng. Bạn sẽ cần bao gồm một bước tự hiệu chỉnh trong đó bạn đo mức đọc ADC không có dòng điện và sau đó trừ đi số đọc không khi bạn thực sự thực hiện các phép đo hiện tại. Bạn có thể thực hiện việc này một cách tự động khi khởi động ("tích tắc" nhiều mét khi chúng khởi động và đó là vì chúng đang chuyển đổi giữa các tham chiếu trên tàu để thực hiện tự động hiệu chỉnh đó) hoặc bạn có thể thực hiện một lần và sau đó lưu kết quả vào NVM.

Hãy nhớ rằng đây là câu trả lời ngắn ! Tôi hy vọng điều này cung cấp cho bạn một số gợi ý về cách giải quyết vấn đề.

Tôi biết đó là một câu hỏi cũ, nhưng thông tin vẫn có thể hữu ích.

Bạn có thể muốn kiểm tra một số khái niệm thiết kế của uC Hiện tại của Dave Jones tại EEVBlog. Mặc dù nó không có phạm vi tự động, nhưng nó bao gồm các phép đo cấp thấp hơn; Ngoài ra một số mod ngoài đó làm giảm số lượng phạm vi trong khi vẫn còn khá chính xác.

Ở mức tối thiểu, tôi sẽ chia các số đo xuống dưới 1A (thực tế dưới 400mA) và trên 1A (còn gọi là 1.5A trong khi truyền).

Với nhiều thông tin hơn (mà tôi thừa nhận có thể không thể thực hiện được ở câu hỏi ban đầu này), thật khó để đưa ra chi tiết cụ thể, nhưng tôi sẽ xem những gì tôi có thể làm.

Trừ khi bạn sử dụng thiết bị thu phát / thu phát nguyên khối (nrf5x, STBlue, v.v.) Tôi sẽ xử lý đường cung cấp vô tuyến giống như cách người ta định tuyến đường dẫn kỹ thuật số để tránh ảnh hưởng đến dòng điện analog của bạn. Nếu bạn đang sử dụng một thiết bị nguyên khối công suất cao, giải pháp thực sự duy nhất tôi thấy là sử dụng điện trở cảm giác rất nhỏ kết hợp với bộ khuếch đại / mô-đun cảm giác hiện tại có phạm vi đầu vào rất rộng. Tôi biết ADI có cặp đôi (như một vấn đề thực tế tôi chỉ nhìn vào các bộ khuếch đại / mô-đun cảm giác hiện tại ngày hôm qua) có thể hoạt động. Và nếu tôi phải đoán, TI cũng có các thiết bị sẽ hoạt động.

Một nguồn thông tin khác sẽ là blog của Jean-Claude Wippler tại JEELabs . Trong những năm qua (có vẻ như khoảng 10+), anh ta đã thực hiện nhiều hơn một thử nghiệm trên bản vẽ hiện tại trong khi tìm kiếm thời lượng pin dài hơn. Mặc dù có thể không trực tiếp, nhưng nó có thể đưa ra ý tưởng cho OP sẽ đi theo hướng nào. Đây là bài viết mới nhất tôi thấy về vấn đề này. Để xem danh sách dài và lịch sử công việc của anh ấy, tôi đã sử dụng tìm kiếm google đơn giản của

site:jeelabs.org current measurement

Tôi mới phát hiện ra CurrentRanger , đưa khái niệm uC hiện tại (các phép đo dòng điện gánh nặng thấp) lên một cấp độ hoàn toàn mới. Tự động thay đổi, đầu ra nối tiếp và màn hình OLED tùy chọn chỉ là một vài tính năng mới. Các sơ đồ và phần sụn có sẵn và Felix đi vào một số lượng chi tiết hợp lý trên thiết kế.

Chỉnh sửa: chi tiết hơn về những gì tôi đã suy nghĩ bằng cách liên kết các trang đó.

Chỉnh sửa thứ hai: Thêm CurrentRanger. Một trong những phàn nàn trong các ý kiến ​​là uC Hiện tại không tự động.

Tôi đã có vấn đề về phạm vi động khi thử nghiệm các bộ giảm điện áp chế độ chuyển đổi ô tô. Đối với dòng đầu vào dự kiến ​​lên đến 5 ampe, tôi đã sử dụng shunt 100 milliohm.

Khi kiểm tra nếu dòng không tải được rút ra từ 24 V nhỏ hơn 7 mA, tôi đã sử dụng một shunt 10 with với một diode Schottky 10 A trên nó. Sự kết hợp shunt ở lại trong khuôn thử nghiệm của tôi. Tôi đã chuyển DVM của mình giữa hai shunt bằng công tắc trượt DPDT .

Đây là vào năm 1995 và con số không lớn. Ngày nay, bạn có thể chuyển đổi điện tử để theo dõi điện áp shunt. Bạn có thể có nhiều hơn hai chuỗi shunt kết nối nếu cần. Chìa khóa cho vấn đề này là bỏ qua shunt dòng điện thấp có điện trở cao bằng một diode.

Một mẹo tôi đã sử dụng trong quá khứ là đặt điện trở cảm giác bên trong vòng phản hồi của op-amp. Điều này cho phép điện áp cung cấp cho thiết bị được thử nghiệm được giữ khá ổn định trong khi cho phép phát triển điện áp cao hơn trên điện trở shunt.

Trong trường hợp của tôi, tôi đã kết hợp điều này với một số bộ khuếch đại thiết bị và ADC chạy song song để có được dải động rộng hơn.

Tôi mô tả hệ thống tôi đã xây dựng trong chương 5 của luận án PHD của tôi . Hệ thống của tôi sẽ không được áp dụng trực tiếp vào ứng dụng của bạn, nhưng nó có thể đưa ra một số ý tưởng về những thách thức phải đối mặt với một hệ thống như thế này.

Một thời gian sau khi tôi phát triển hệ thống DIY của mình, tôi phát hiện ra rằng Agilent (nay là Keysight) đã phát triển một hệ thống tương tự . Mặc dù không rẻ.

Là một cách tiếp cận khác, bạn có thể sử dụng một shunt nhỏ phù hợp với phạm vi 1,5 A và có hai mạch khuếch đại riêng biệt được cung cấp cho hai ADC khác nhau. Bằng phần mềm, sau đó bạn có thể chọn sử dụng cái nào dựa trên cách đọc của họ. Với dòng điện cao hơn, bạn sẽ có mức tăng bão hòa ADC cao hơn và bạn sẽ biết rằng bạn phải sử dụng loại khác.

Vấn đề là tất cả về tính toàn vẹn tín hiệu với giảm EMI.

1,5A / 0,75mA có nghĩa là SNR 66 dB và độ chính xác trên ADC.

Nhiễu nền phải được che chắn, triệt tiêu, lọc bằng CMRR tuyệt vời và lấy trung bình để đạt được điều này với ADC 16 bit tốt.

Nếu bạn không có độ phân giải này thì bạn có thể có hai đầu vào khác nhau với một đầu vào có mức tăng cao hơn 40dB. Công suất shunt và điện áp lỗi điều chỉnh tải cho phép giới hạn điện trở shunt và thường được chọn tối đa 75 mV. Một cảm biến hiện tại của IC có mức tăng có thể là một Moro.

Làm thế nào để đạt được điều này đòi hỏi kinh nghiệm. Với độ phân giải <-90 dB và mục tiêu thiết kế là 80 dB SNR hy vọng, bạn có thể đạt được 70 dB SNR.