Hallo zusammen, ich möchte gerne einen kleinen Messverstärker bauen, der es ermöglich, Ruheströme von Mikrocontrollern im Sleep-Mode zu erfassen. Der Arbeitsbereich des ausgesuchten Differenzverstärkers beträgt +-100mV. Der Shunt-Widerstand ist weitestgehend frei wählbar. Für 7µA würde ich etwas in der Region 10kOhm verwenden, je nach Toleranz des Messwertes. Nun ergibt sich die Schwierigkeit, dass die Mikrcontroller regelmäßig aufwachen und kurzzeitig deutlich höhere Ströme ziehen. In dieser Zeit muss der Betriebsstrom "um den Shunt herum" fließen, damit die Versorgungsspannung nicht einbricht und kein Brown-out passiert. Die Firmware soll ja weiterwerkeln. Mit einer parallelen Diode liese sich das "theoretisch" bewerkstelligen. Steigt der Spannungsabfall am Shunt über die Vorwärtsspannung der Diode, übernimmt diese den Strom. Problem: Bereits unter 100mV fließen nicht zu vernachlässigende Ströme bis hin zu mehreren Mikroampere durch die Diode, die der Shunt dann nicht erfasst. Ich bräuchte also eine Diode, die unter 100mV bis 200mV nur einen ganz niedrigen Vorwärtsstrom, höchstens ein paar Nanoampere durchlässt. Wünschenswert wäre dennoch dauerhaft ca. 1A Vorwärtsstrom. Halt dann bei ca. 1V Vorwärtsspannung. 1) Gibt es solche Dioden? 2) Gibt es Ersatzschaltungen aus 1-3 Transistoren, die das leisten? 3) Oder muss ich mit einem OpAmp ran? Über gute Ratschläge würde ich mich sehr freuen. Dank + Gruß Daniel
Daniel schrieb: > Über gute Ratschläge würde ich mich sehr freuen. Betreibe den µC im Sleep-Mode aus einem Kondensatur und guck dir den Spannungsverlauf mit und ohne µC an. Die Differenz ist die Ladung, die in deinen µC fließt. Oder betreibe ihn über einen TIA. Dann brauchst du keinen Shunt.
Ich mache das anders: Und zwar schreibe ich ein Programm, dass alles schön initialisiert und dann für immer in den Deep-Sleep Modus wechselt. Mein Shunt ist bis dahin durch ein Kabel überbrückt, das entferne ich nun. Dann kann ich den Strom anhand des Spannungsabfalls messen. Aufwachen geht dann natürlich nicht mehr. Die Stromaufnahme in normalen Betrieb kann ich ohne größere Hürden ganz normal mit einem niederohmigen Shunt messen. Um die langfristige Stromaufnahme von Schaltungen zu messen, die überwiegend schlafen, benutze ich einen Kondensator als Spannungsquelle. Der Spannungsabfall ist dann ein Indiz für die mittlere Stromaufnahme. Dennoch kann der Kondensator kurzzeitig hohe Ströme liefern. Er mus nur groß genug sein. Danach mache ich noch eine Vergleichsmessung ganz ohne Last, damit ich die Selbst-Entladung des Kondensators subtrahieren kann.
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Daniel schrieb: > Gibt es solche Dioden Nein. Eine Diode, egal ob Silizium oder Germanium, verhält sich nach der Shockley-Gleichung. Es ist also physikalisch vorgegeben, wieviel Strom bei welcher Spannung fliesst. Insgesamt ist deine Messmethode auch Quark. Das Problem kommt hier im Moment fast wöchentlich, lies einfach mal, wie andere Leute das machen.
Wolfgang (Gast) schrieb:
>Oder betreibe ihn über einen TIA. Dann brauchst du keinen Shunt.
Der TIA m+üsste dann aber schon von recht kräftiger Statur sein, wenn
der die erwähnten 1A auch abkönnen soll. Aber sonst ist die Idee
sicherlich nicht verkehrt ...
Angehängte Dateien:
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Stromverbrauch.jpg
57 KB
Ich habe für diesen Zweck das Multimeter VC870 im 40mA Strombereich direkt in die Stromversorgungsleitung eingebaut. Das Messobjekt wurde mit einen großen Kondensator überbrückt. Der Kondensator sollte möglichst einen kleinen Leckstrom ausweisen. Der Kondensator verhindert, dass die Versorgungsspannung zu stark einbricht. Der Strom wird gemittelt. Das VC870 verfügt über die Funktion Messwerte am PC aufzuzeichnen und grafisch darzustellen. Ergebnis siehe beigefügtes Diagramm. Das Diagramm zeigt den Strom, der in den Kondensator hinein fließt (Ladestrom) + den Grundverbrauch des Messobjektes. Die Spitzen zeigen das stündliche Aufwecken des Mikrocontrollers. Diese Spitzen wären ohne die Mittelung durch den Kondensator über 100mA hoch und würde das Messgerät übersteuern. Der Ruhestrom ist in der Verlängerung der Entladekurve zu sehen. Er liegt unter dem Minimalwert.
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Jens G. schrieb: > Der TIA m+üsste dann aber schon von recht kräftiger Statur sein, wenn > der die erwähnten 1A auch abkönnen soll. Abgesehen davon, dass es Leistungs-OPs gibt, hilft in solchen Fällen eine Diode, die die Last übernimmt, wenn der OP an seine Grenzen stößt.
@Wolfgang: Mittelwertbildung über einen Kondensator ist leider keine Option. Die Schaltung muss mit Bandbreite laufen (paar kHz sollten es sein). Der TIA ist öfters genannt worden, da werde ich mich morgen einarbeiten. Aus dem Stegreif sagt mir das nicht viel. @Stefan: Klingt alles nach sinnvollen Mitteln bei der Schaltungsentwicklung. Ist für mich leider nicht umsetzbar. @Diot ohne I: Entschuldige die Unterstellung, aber wenn ich mir die von dir vorgeschlagene Diode ansehe, dann behaupte ich, dass du nicht aus Erfahrung sprichst? Eine schnell von mir herausgegoogelte BAS116 ist mindestens um Faktor 10 "besser" und aktuell erhältlich. Kennst du dich wirklich aus? Verstehe ich etwas falsch? Oder hast du schlecht gegoogelt? @MaWin: Danke für den Klugschiss. Hier bin ich mir sicher: Inhalt gleich null. @Jens: Danke für deinen Beitrag. Ein TIA scheint eine ernstzunehmende Lösung zu sein. Werde mich einlesen. @Gerald: Wie bereits gesagt, Mittelung ist keine Option. Aber Danke für deinen Beitrag.
Wolfgang (Gast) schrieb: >Jens G. schrieb: >> Der TIA m+üsste dann aber schon von recht kräftiger Statur sein, wenn >> der die erwähnten 1A auch abkönnen soll. >Abgesehen davon, dass es Leistungs-OPs gibt, hilft in solchen Fällen >eine Diode, die die Last übernimmt, wenn der OP an seine Grenzen stößt. Jo, die Diode braucht er sowieso über den Rf, denn der Rf ist ja nur für den µA-Bereich ausgelegt, und die Diode übernimmt dann den Überstrom (der Diode könnte man sogar noch einen kleineren R in Reihe schalten, und könnte damit den Hochstrombereich zusätzlich und separat messen. Nur der Übergangsbereich von Niedrig- zu Hochstrom ist etwas krumm ...
Diot ohne I schrieb im Beitrag #6345781: > Ge-Diode Diot ohne I schrieb im Beitrag #6345781: > Schottky Kumpel, du hast das Problem noch nicht mal verstanden, aber machst die Leute an... Der TO sucht einfach nur eine Si-Diode mit niedrigem Leckstrom unterhalb der Flussspannung. Und das ist absolut kein Problem, selbst für die Ausschließlich-1N4007-BC547-LM324-Bastel-Fraktion. Man muss eigentlich nur Bauteile ergreifen und messen, denn solch ein Wert dürfte selbst das detaillierteste Datenblatt der Welt verschweigen... Daniel schrieb: > Bereits unter 100mV fließen nicht zu vernachlässigende Ströme > bis hin zu mehreren Mikroampere durch die Diode Das muss aber dann schon eine 100A-Diode im verschmutzten Gehäuse sein...;-) Habe eben mal mit 1N4148/1N4007/UF4007 getestet, alle liegen selbst bei 200mV deutlich unter 1µA, meist unter 0,2µA. Falls dir das zu viel ist, ginge auch die BE-Strecke eines Leistungstransistors. Der erste zufällig gewählte Typ, BUF654, liegt bei 200mV unter 10nA! Genauer kann ich auf die Schnelle nicht messen. Und er darf sogar 6A Basisstrom ab. Seine BC-Strecke ist übrigens erheblich schlechter, liegt im Bereich normaler SI-Dioden. Ich bin mir sicher, daß es Transistoren/Mosfets gibt, die 1A und mehr könnten, aber bei nur 200mV unter 1nA liegen.
In dem Falle kombiniere doch einfach die Diode mit einem Schalttransistor oder Mosfet in Reihe. Bei 0.11V wird der Mosfet durchgeschaltet. Bei 0.10V wird dieser wieder ausgeschaltet. Die Diode brauchst Du, damit Du einen Spannungsabfall messen kannst für die Funktion des Bypassabschaltkriteriums.
Uwe S. schrieb: > du hast das Problem noch nicht mal verstanden, aber machst die Leute > an... > Der TO sucht einfach nur eine Si-Diode mit niedrigem Leckstrom unterhalb > der Flussspannung. Autsch. Wer redet hier von Problem nicht verstanden ? Flussspannung einer Diode, aus welchem Kindergarten ist das ? https://de.m.wikipedia.org/wiki/Shockley-Gleichung Aber der TO stammt offenbar aus demselben Kindergarten.
MaWin schrieb: > Wer redet hier von Problem nicht verstanden ? > > Flussspannung einer Diode, aus welchem Kindergarten ist das ? Aka. "Du VerWEndeSt eINeN aNdEREn AbstRaHiERuNGsgrAD alS Ich UnD DEsHalB bIST dU BlÖd!!!1!!"
Für die Versorgung eines OPs reicht ein TIA meist schon aus. Ggf. kann man dem OP einen Transistor als Stromverstärkung spendieren. Der µC wird aber so oder so einen lokalen Abblock-kondensator benötigen. D.h. so schnell ändert sich der externe Strom ggf. nicht. Der TIA wird auch einen Widerstand oder Ähnliches am Eingang benötigen.
Von z.B. einem FZT848 Basis und Kollektor verbinden. Bei UCE=1V ist der Strom grösser als 1A und bei UCE=0,1V kleiner als 1nA.
Daniel schrieb: > Diot ohne I: Entschuldige die Unterstellung, aber wenn ich mir die von > dir vorgeschlagene Diode ansehe, dann behaupte ich, dass du nicht aus > Erfahrung sprichst? Eine schnell von mir herausgegoogelte BAS116 ist > mindestens um Faktor 10 "besser" und aktuell erhältlich. Kennst du dich > wirklich aus? Verstehe ich etwas falsch? Oder hast du schlecht > gegoogelt? > > @MaWin: Danke für den Klugschiss. Hier bin ich mir sicher: Inhalt gleich > null. Gockel mal schön weiter. Oder besser, lass das mit der Elektronik. Geh lieber Bäume fällen. P.S.: MaWin ist mir manchmal suspekt. Aber dem kannst du nicht mal mit 1% das Wasser reichen. Geh lieber in dich!
Du könntest das anders dimensionieren, aka einen kleineren Shunt nehmen. Dein Messbereich wird dann z.B. bis 50mV gehen, der Fehler ist dann kleiner, ist ja eine e-Funktion. Beispielsweise 50mV am Shunt bei vollem Messbereich sollte das gehen. Wie alles im Leben ist das halt ein Kompromiss, und die Fehler müssen gegeneinander aufgewogen werden. Den bei so kleinen Spannungen merklichen Offset des Verstärkers kann man automatisch abgleichen, solange man die Last schalten kann. Man braucht dann einen Verstärker mit kleiner Offsetdrift. Nimm einen Verstärker dem man ein Bias geben kann (z.B. INA170), den kannst du bei 0mA einen positiven Offset von 50mV geben, dann ist er auch linear. Wenn die Daten des INA170 deine Anforderungen nicht erfüllen, solltest du mal bei Analog kucken. Das Gemecker kann ich nicht nachvollziehen: Die Sache mit der Diode ist schon Standard. Schon deshalb, weil eine Strommesschaltung bei einem Kurzschluss nicht in Rauch aufgehen soll.
@Uwe S.: Danke für deine Messungen. Das macht Mut. Im Endeffekt hast du mir die Lösung vorgelegt, aber ich werde das wohl selber nochmal im Labor evaluieren. @Dieter D.: Gute Idee! Etwas mehr Schaltungsaufwand, aber das werde ich mal durchrechnen, ob sich der Aufwand lohnt. @MaWin: Der echte MaWin hat die Shockley-Gleichung schon durchgerechnet und festgestellt, dass Is(T) ein bauteilspezifischer Parameter. Somit ist auch Id(Uf) (also der Durchlassstrom in Abhängigkeit der Spannung) bauteilspezifisch. Soweit zumindest meine Erinnerung an den Physikunterricht im „Kindergarten“. Ich kann aus deiner Antwort einfach keinen sinnvollen Beitrag ableiten. @wer: Wenn ihr mir wirklich helfen möchtet, dann bitte auf einem „AbstRaHiERuNGsgrAD“ und Niveau, die ich verstehen kann. So macht man das mit Leuten, die bedauerlicherweise weniger begabt sind, als man selbst. @jens: Danke für den Vorschlag. Klingt gut! @michael_: Selbiges wie für „wer“ @Blumpf: Richtiger Einwand. Mache ich den Shunt kleiner, wiegen die Messfehler des Differenzverstärkers und der Messkarte wieder mehr. Aber ein guter Arbeitspunkt wird sich schon finden lassen. Offsetabgleich wird auf jeden Fall gemacht. Bin noch nicht sicher, in welcher Regelmäßigkeit („1 Jahr“ bis „vor jeder Messung“). Aber das führt zum momentanen Entwicklungsstand noch zu weit.
Wenn Du noch eine zweite (höhere) Hilfsspannung zur Verfügung hättest, könntest Du einen Kompensationsstrom regeln um die Differenz auf 0V zu halten. In dem Falle hättest Du nur noch die Diode und keinen Widerstand mehr davor. Am Operationsverstärker kannst Du eine deutlich größere Spannungsdifferenz als deine 0,1V für die Meßauswertung abgreifen.
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